考虑初始缺陷的动车组铝合金车体结构稳定性分析

基于非线性有限元分析技术,研究带有初始缺陷的动车组铝合金车体结构承载能力.首先,在研究结构稳定性数值分析理论的基础上,归纳总结出基于子结构法进行动车组铝合金车体稳定性分析的技术流程;其次,在EN12663中载荷作用下,对某动车组铝合金车体结构进行线性稳定性分析,指出车体屈曲因子较低部位为底架检查孔结构区域;然后,运用子结构技术,考虑不同初始缺陷对车体进行非线性稳定性分析,获得底架检查孔结构区域的临界载荷分别为1 350和1125 k N,均低于该区域的线性屈曲临界载荷.建议当类似动车组车体结构线性稳定性分析的屈曲因子较低部位为薄板结构时,应进行非线性稳定性分析.     

不锈钢点焊车体结构稳定性分析及局部焊点布局优化

为研究不锈钢点焊车体结构的失稳性问题,首先创建某不锈钢点焊地铁车车体结构有限元模型;在EN12663-2010标准提供的压缩载荷作用下,对车体结构进行稳定性分析,指出车体发生屈曲失稳的部位;然后,对车体失稳部位进行局部结构改进并利用子结构技术和变密度法对车体局部焊点进行布局优化;最后,基于焊点优化结果更新车体模型中的焊点布置,并重新进行稳定性分析,结果表明:车体失稳部位的屈曲因子大于1.5.     

基于结构稳定性的不锈钢点焊车体车顶焊点布置优化

依据结构稳定性理论,研究不锈钢点焊车车顶焊点冗余问题.首先,研究某不锈钢点焊车体的车顶焊点数量对车顶纵向刚度的影响以及车顶各区域发生屈曲的顺序,确定车顶焊点冗余区域为弧顶;然后,对该冗余区域的三种焊点布置方案进行结构稳定性对比分析,确定弧顶区域可减少3 000多焊点的布置方案;最后,将弧顶区域焊点布置映射到整车车体模型中,在EN12663-2010标准的载荷作用下,对车顶焊点优化前后车体性能进行有限元分析.结果表明:超员状态的车体底架边梁下翼缘中心垂向位移变化小于0.2 mm;车顶边梁高度300 k N压缩下,最大应力发生部位不变,应力变化小于2 MPa;车体结构的一阶垂向弯曲、一阶扭转和车顶横向弯曲的振动频率变化均在0.1Hz以内.     

基于Isight平台的某动车组车体牵引梁焊缝应力的灵敏度分析

为确保高速列车的安全运行,提高车体静强度.首先建立动车组车体有限元模型,将运营条件叠加并施加在动车组车体上.在ANSYS软件中进行整车计算,找到模型在恶劣工况下的薄弱位置,采用子模型技术,提取车体底架部分结构,通过对比计算结果验证子模型的可信性.最后通过优化平台Isight整合ANSYS,引入参数化后的子模型,对薄弱部位进行应力灵敏度分析.根据灵敏度分析结果修改设计变量,对如何降低薄弱位置应力提出合理的建议,以此提高车体底架结构强度的安全系数.     

动车组铝合金车体焊接接头应力集中区域识别

基于结构应力研究动车组铝合金车体焊接接头的应力分布特征.首先,建立某动车组铝合金车体包括焊接接头在内的有限元模型,然后,在EN12663-1:2010标准中的主要静态载荷作用下,分析车体典型焊接接头的结构应力沿焊缝长度的分布规律.结果表明:车体焊缝应力集中发生部位主要为门立柱下方以及设备舱挡板附近的底架地板型材与底架边梁搭接焊缝处.当通过打磨等改善技术提高车体焊缝疲劳强度时,应重点关注这些区域.     

动车组铝合金车体焊接接头应力集中区域识别

基于结构应力研究动车组铝合金车体焊接接头的应力分布特征.首先,建立某动车组铝合金车体包括焊接接头在内的有限元模型,然后,在EN12663-1:2010标准中的主要静态载荷作用下,分析车体典型焊接接头的结构应力沿焊缝长度的分布规律.结果表明:车体焊缝应力集中发生部位主要为门立柱下方以及设备舱挡板附近的底架地板型材与底架边梁搭接焊缝处.当通过打磨等改善技术提高车体焊缝疲劳强度时,应重点关注这些区域.     

基于拓扑优化的抗蛇形减振器安装座的抗疲劳设计

利用拓扑优化与子模型技术相结合的方法,研究动车组车体的抗蛇形减振器安装座的疲劳问题.归纳总结出在整车有限元分析基础上开展动车组车体部件抗疲劳设计的技术流程;基于变密度法建立某城际动车组车体的抗蛇形减振器安装座的拓扑优化模型,并在静态载荷作用下对其开展结构优化设计;将安装座的优化结构工程化,利用整车有限元分析结果,建立基于子模型技术的、考虑部件与车体传力关系的安装座接触有限元模型,并在疲劳载荷作用下对其进行疲劳分析.结果表明:新抗蛇形减振器安装座满足疲劳设计要求,寿命次数大于107.     

基于英国标准的碳钢客车车体 结构疲劳寿命评估

利用英国标准和有限元分析技术,研究设计阶段碳钢客车车体焊接结构的疲劳寿命预测问题.归纳与总结BS7608:2014和BS EN-1993-1-9:2005标准中钢结构焊接接头S-N曲线的特点;在分析某碳钢客车车体焊接结构与承载特点的基础上,建立车体有限元分析模型;在EN 12663-1:2010标准中的疲劳载荷作用下,分别利用上述两个标准提供的基于名义应力标定的疲劳性能参数,以及评估部位数值分析结果的主应力方向,对车体结构进行疲劳寿命评估;基于BS标准的车体评估部位的累积损伤值均大于基于EN标准的,并且两标准的最大累积损伤均小于1;由于应力拾取位置对车体累积损伤值有很大影响,建议尽可能细化含有焊接接头的应力集中区域的单元,以便拾取到应力梯度近似为零的名义应力.     

基于遗传算法的车体钢结构拓扑优化设计

以车体钢结构重量最轻为目标,以梁截面和梁位置拓扑为设计变量,应力、位移为约束条件,建立了优化模型.以MSC.Marc软件作为分析器,将其中的生死单元技术与遗传算法的思想有机的结合起来,建立了一种研究结构拓扑优化的新方案,编制了计算程序系统.并应用此系统对某车体钢结构进行优化设计,取得了成功,充分证明了该系统的正确性和实用性.     

考虑初始变形的煤炭漏斗车车体结构屈曲分析

采用非线性分析技术研究漏斗车车体在承受散粒货物和纵向压缩载荷作用时,由散粒货物引起的垂直于侧、端墙方向的变形会使车体的结构稳定性降低。首先,利用具有修正的D-P本构模型的实体单元模拟散粒煤,并建立散粒煤单元与车体结构的接触关系,通过接触非线性分析获得重车车体侧、端墙的位移结果,并将其与基于AAR标准中散粒货物对侧、端墙的压力公式得到的位移进行对比分析,进而分区域修正侧、端墙的压力公式;其次,在车钩纵向压缩作用下对车体进行线性屈曲与考虑初始变形的非线性屈曲分析,侧墙和端墙的最小线性屈曲因子分别为0.89和0.52;非线性屈曲的结果表明,侧墙临界载荷为3 550 kN,比线性屈曲的降低了10.4%;端墙临界载荷为1 780 kN,比线性屈曲的降低了23.1%;应用修正后压力公式施加散粒煤对车体的作用,端墙的压力修正区域B的非线性屈曲临界载荷比应用修正前压力公式的增大了14.9%;最后,针对侧、端墙局部屈曲因子低的区域,分别提出了增强横向刚度和纵向刚度的补强方案,补强后侧、端墙结构的屈曲因子均可提升至1.0以上;应用修正后压力公式的侧、端墙临界载荷提高至4 092、3 164 kN。     

基于有限元分析的铁路货车车体优化设计

以车体轻量化优化设计为目标,建立了C80通用敞车的有限元模型,对车体在主要工况下的强度和刚度进行了计算;以此为基础,建立了车体优化模型,以整个车体的各板厚度为设计变量,以整车各单元应力、中梁和边梁位移为约束,以重量最小为目标,用可行方向法对各设计变量进行优化,实现了车辆优化设计,优化设计使车体重量减小了13.83%.本...     

基于稳定性的不锈钢地铁底架焊点布局改进

以某不锈钢地铁底架为研究对象,利用有限元仿真软件对其进行稳定性分析,找出底架容易失稳的薄弱位置以及对应的屈曲因子.结果表明:不锈钢地铁底架最容易失稳的部位为枕梁附近边梁处波纹地板,焊点位置和数量会对屈曲造成一定的影响.从结构和力学的角度,对失稳位置的焊点布局进行改进,得到新的设计方案.对比新的方案与初始方案的屈曲结果可知,合理布置焊点位置能在保证静强度的情况下,明显增加结构的稳定性.为今后不锈钢点焊车底架的生产和研发提供了参考.     

长大平车车体结构的拓扑优化设计

在对长大平车车体进行静强度和疲劳强度分析的基础上,分析关键部位的位移和应力指标对车体结构板材厚度的灵敏度,并基于灵敏度信息确定主要板材结构的拓扑优化模型,利用优化求解器进行拓扑优化.基于拓扑优化结果,给出车体结构的新设计方案并校核其静强度及疲劳强度.新设计方案在保证车体强度的同时,使车体减重1.3 t,较好地实现了车体轻量化的目的.优化结果为长大平车车体结构的创新设计提供了有价值的参考.     

高速列车车体可靠性参数灵敏度分析方法对比研究

以某型高速列车车体为研究对象,建立车体参数化有限元模型,将车体的材料属性、几何尺寸和载荷大小等参数设为随机变量,基于概率分析方法,通过统计分析得到其分布参数,分别基于蒙特卡洛和响应面数值模拟方法,求解车体的参数灵敏度.分析结果表明:在所选随机变量中,车体底架板材1、板材4和板材6的板厚尺寸对车体关注部位应力影响显著,设计过程中应对该变量进行严格控制;使用蒙特卡洛法和响应面法得到的灵敏度结果一致,其中响应面法缩减了求解时间;采用概率设计方法代替传统的定值设计方法,可以为高速列车车体的可靠性设计提供新的途径.     

碳纤维复合材料车体结构强度仿真分析与结构优化

利用子模型和结构优化技术相结合的方法,对碳纤维复合材料司机室的地铁车体结构进行强度研究.基于复合材料力学特点,建立地铁车车体有限元模型;在EN12663-2010标准中静态载荷作用下,对其车体结构进行静强度有限元分析,运用Tsai-Wu失效准则对碳纤维复合材料司机室进行评价,找出其薄弱部位出现在司机室骨架上,并提出改进方案;最后,以铺层厚度和角度为设计变量,以Tsai-Wu失效因子小于0.9为约束,以CFRP质量最小为目标,对司机室骨架进行结构优化,优化后Tsai-Wu失效因子为0.897,骨架减重33％.     

可承受大集中载荷B型内燃动车组铝合金车体的强度分析

以可承受车下大集中载荷的B型内燃动车组铝合金车体为研究对象,介绍了其结构及承载特点.应用有限元软件建立了仿真模型,并且针对17种载荷工况进行计算,分析了车体的刚度及静强度,重点校核了底架设备吊挂区域应力分布情况.研究结果可知:车体结构满足车下各大集中载荷在各工况下的强度需求;在大型设备吊挂位置及动力包检修开孔附近均无应力集中现象;各静强度工况的Von Mises应力均小于对应材料的屈服强度;车体结构合理,车体结构刚度及强度均满足要求.本研究可为该类非标准车体结构设计提供理论依据.     

基于特征值敏度分析的快捷货运全侧开棚车车顶振动品质研究

采用特征值敏度分析与结构优化技术相结合的方法研究全侧开棚车车体结构模态问题.通过全侧开棚车车体结构模态分析,发现其车顶结构的固有频率偏低;将车顶等部件的厚度作为设计变量,对其一阶固有频率进行灵敏度分析,获到车顶内蒙皮厚度对频率最敏感,灵敏度值为0.936;以重量为约束条件、一阶固有频率最大化为目标函数,采用可行方向法对车顶部件进行动力优化设计,并将优化结果映射到整车车体模型上,进行车体结构模态分析,车体第一阶固有频率提高至5.749 Hz,第四阶固有频率提高至11.352 5 Hz.     

25T型软卧车结构随机振动精细分析

利用随机振动高效算法与振型分解法相结合的车辆随机振动仿真系统,建立25T型软卧车包括车体、构架、轮对及弹簧阻尼元件在内的整车动力学精细模型,以美国AAR标准提供的六级轨道谱为动载荷,完成了该车结构的随机振动仿真计算,动力学方程数约20万个,得到较为详细的车辆结构随机振动响应,并讨论了轮轨不平顺造成激振能量的衰减过程.     

铁路货车转向架摇枕结构拓扑优化设计

利用HyperWorks/OptiStruct软件,采用密度法在应力约束条件下对铁路货车转向架摇枕进行结构拓扑优化,以拓扑优化得到的密度云图作为参考完成新模型的构建,并验证优化方案的可行性,在满足各种计算载荷工况静强度、刚度要求的基础上,摇枕质量减轻8.6%.为进一步对整车及零部件应用结构拓扑优化设计提供参考.     

基于子模型方法的地铁车体疲劳寿命评估

车体是地铁车辆的重要承载部件,针对全尺寸车体疲劳试验综合难度高的问题,基于端部底架子模型包含了牵枕缓等在车体中受力最严苛结构的特点,提出采用端部底架子模型代替全尺寸车体进行疲劳试验的方法;建立了端部底架子模型和全尺寸车体的有限元模型,并参照EN 12663标准所确定的疲劳载荷,通过设置合理的边界条件使得端部底架子模型与全尺寸车体关键位置应力分布一致;将试验测得端部底架关键位置的应力与仿真结果进行对比,验证了有限元模型的准确性,进而采用名义应力法和Eurocode 9标准规定的疲劳寿命-应力（S-N）曲线对车体和底架焊缝部位进行了疲劳损伤计算. 结果表明:端部底架3个最大损伤位置与全尺寸车体一致,并且同一位置处端部底架的损伤值均大于车体损伤值,因此采用子模型法评估全尺寸车体的疲劳寿命易于获得相对保守的结果,针对地铁车体采用子模型法进行疲劳寿命评估是可行的.