基于APDL高速铝合金车体参数化建模

基于ANSYS的参数化编程语言APDL,以车体主要板厚度、车体高度、长度、窗体参数等主要结构尺寸为参数,采用模块化设计理念,建立了高速铝合金车底架、侧墙、顶板、端墙等参数化几何模型和有限元模型,并组合成整体模型.本研究可通过简单的改变参数产生不同的车体几何模型和不同网格密度的有限元模型,以适应不同问题数值仿真的要求,并为对车体的优化设计打下基础.研究表明,铝合金车体的参数化建模极大的提高了建模的效率和精度,可简单改变参数得到不同模型以适应不同问题的要求.     

基于特征的高速列车铝合金车体断面参数化建模

针对高速列车铝合金车体断面结构复杂、设计周期长和建模效率低等特点,提出了一种基于特征的高速列车铝合金车体断面参数的建模方法.引入特征概念,定义车体断面型材的特征及其拓扑关系,采用CATIA系统中CAA二次开发技术,对车体断面的轮廓和车体断面型材的特征进行参数化建模,建立车体断面型材的特征库,通过车体断面的骨架进行自动装配设计;最后以某型车铝合金车体断面参数化建模为例验证该方法的正确性和有效性.     

铝合金车体疲劳寿命预测新方法及其应用

针对铝合金车体的广泛应用,从可靠性的要求出发,引进了一种可以对铝合金车体焊缝的疲劳寿命进行预测的新方法——主S-N曲线法,该法已经列为美国ASME标准,可以有效的解决焊缝疲劳寿命问题.基于有限元模型,提出了车体虚拟疲劳试验的概念(VFT),即从EN12663标准中获取车体振动加速度,从有限元模型中获取应力,然后基于主S-N曲线的参数计算车体焊缝上疲劳寿命.最后,通过一个工程实际问题,验证了这一方法对铝合金车体抗疲劳设计的有效性.     

铝合金车体疲劳寿命预测新方法及其应用

针对铝合金车体的广泛应用,从可靠性的要求出发,引进了一种可以对铝合金车体焊缝的疲劳寿命进行预测的新方法——主S-N曲线法,该法已经列为美国ASME标准,可以有效的解决焊缝疲劳寿命问题.基于有限元模型,提出了车体虚拟疲劳试验的概念（VFT）,即从EN12663标准中获取车体振动加速度,从有限元模型中获取应力,然后基于主S-N曲线的参数计算车体焊缝上疲劳寿命.最后,通过一个工程实际问题,验证了这一方法对铝合金车体抗疲劳设计的有效性.     

铁路客车车体结构参数化分析

根据我国通用铁路客车车体钢结构的特点,在车体结构有限元建模与分析的过程中,引入结构参数化设计的思想,将参数化设计与有限元分析相结合,实现车体结构参数化调整,自动生成分析模型并进行有限元计算,方便进行多种设计方案的比较.利用有限元分析软件ANSYS提供的APDL参数化设计语言具体实施,给出了对车体结构进行高效设计的一种切...     

城轨铝合金车体侧墙焊接仿真分析

基于热—弹—塑性有限元法,根据实际加工工艺,借助大型非线性有限元软件ABAQUS,对某城轨铝合金车体司机室处侧墙的焊接变形进行仿真模拟.利用八节点六面体网格对侧墙模型进行精准建模,并利用移动的双椭球热源来模拟MIG自动焊过程.设计了三种不同的焊接顺序,通过量化对比不同焊接顺序下的仿真结果.结果表明,在不同焊接顺序的工艺方法下对侧墙焊后变形挠度大小具有一定影响,且由外侧向内侧的焊接顺序能更好的控制侧墙焊后变形.     

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.     

新一代高速动车组中间车车体的强度及自振频率

以新一代高速动车组中间车车体为研究对象,在车体结构的三维几何模型的基础上,利用大型通用建模软件Hypermesh进行前处理,建立了车体有限元模型,并以Ansys软件进行了分析求解首先对车体的典型荷载工况进行分析,给出静强度评估;其次通过对车体进行模态分析以及根据近似理论的计算,给出了理论估计值和模态分析值的刚度评估,为车体结构的实际设计和优化提供了有效的参考依据.     

不锈钢地铁车辆侧墙焊缝缺陷率分析

由于非熔透型激光叠焊工艺的局限性,侧墙焊缝处会产生内外钢板局部未焊透的现象即焊缝缺陷.为研究这种焊缝在不同缺陷率下的拉剪强度及其对车体静强度的影响,结合某不锈钢地铁车辆激光焊车体,通过建立不同焊缝缺陷率的车体有限元模型,分析各个工况下不同焊缝缺陷率的车体侧墙焊缝剪应力的变化,以此确定在静载工况下不锈钢激光焊车体侧墙焊缝缺陷率的限值.     

铰接式轻轨客车车体结构强度的精细分析

为设计满足EN12663-2010标准性能要求的铰接式轻轨客车车体,提出了车体结构静强度精细分析方法和车体焊接接头应力集中分析与疲劳寿命预测方法.以某出口铰接式轻轨客车铝合金车体为研究对象,首先建立了铰接车体整体结构的一级薄壳单元有限元模型;并在车体一级有限元模型分析的基础上,采用子模型技术与非线性接触技术相结合的方法构建了车体铰接模块的二级有限元模型,经接触非线性数值试验,优选出合理的铰接模块设计方案.采用美国ASME-2007标准的主S-N曲线法,对铰接车体焊缝进行了应力集中分析与疲劳寿命预测,识别出了焊接接头疲劳寿命的薄弱部位.借助焊缝结构应力的分析,提出的改进方案焊缝寿命比原始方案提高了2.49倍.     

长大货车球形心盘稳定性分析

以DK17A型车为研究对象,基于接触方法及大变形有限元法分析了长大货车球形心盘在一定纵向力作用下的稳定性问题.仿真结果表明:当大底架没有上移时,即使施加很大的纵向力球形心盘也不会跳出,车辆能够安全运行.由于线路的不平顺和纵向冲击力的作用,易引起上心盘的上移,当防脱装置起作用时,上移量刚好为13.5 mm,此时防脱板销孔与销轴正好处于接触状态.通过仿真计算得出,当纵向力达到2 800 kN时防脱装置被完全破坏,心盘跳出,大底架与小底架分离,导致车辆脱轨.当纵向力小于2 750 kN时,由于有防脱装置的作用,球形心盘不会脱出.     

显式有限元法在车辆耐撞性研究中的应用

基于连续介质理论，通过建立车辆碰撞的控制方程，在此基础上得到与控制方程和边界条件等效的“弱积分”形式。通过空间和时间的显式离散，得到了车辆碰撞的有限元方程。采用动力显式积分方法，使位移计算显式化，避免了由材料、几何、边界高度非线性因素引起的计算收敛问题，并讨论了薄板单元的Courant稳定性条件。提出了“端部吸能结构纵向压缩变形、纵向吸能”的耐冲击结构设计的思路，并对算例进行了数值模拟。结果表明，该设计方法可以实现车辆结构自身被动安全保护的目的，显式有限元数值模拟方法是车辆耐撞性研究的有效方法之一，但是需要进行部分撞击试验，进一步修正模型后提高其分析精度。     

板梁偏心连接结构有限元分析

为了合理处理列车车体结构分析中典型的板梁偏心连接问题,分别基于罚单元法和La-grange乘子法构造了板梁组合结构模型,将组合结构中相关节点对之间通过偏心关系建立的约束方程引入到平衡方程中,解决了梁单元因偏心连接而对组合结构总体刚度矩阵的贡献问题,并编制了求解板梁组合结构静强度计算问题的有限元程序。实例计算表明不但两种计算方法的计算结果吻合,而且其计算结果均与有限元分析软件ANSYS 9.0计算结果接近,位移误差在1%以内,应力误差在2%以内,分析表明二者均是处理板梁偏心连接组合结构的有效方法。     

磁浮道岔梁自振特性及瞬态响应分析

建立了磁浮道岔五跨钢结构连续梁的梁单元和板单元有限元模型,分析了道岔梁的自振特性,计算了磁浮道岔梁的瞬态响应。模态分析表明道岔梁板单元模型的前5阶扭转频率在14．2Hz至16．1Hz之间,与其现场实测值14．9Hz极为接近,道岔梁梁单元模型的扭转频率计算值明显高于实测值,道岔梁板单元模型能更为准确的反映其振动特性。瞬态响应分析表明磁浮车辆通过时道岔梁第三跨跨中挠度最大,车速240km／h时其最大值约为1．29mm。     

汽车高速行驶操纵性柔性多体动力学预测方法

为了评价、鉴定汽车在高速公路上高速行驶时的操纵性,运用柔性多体系统动力学方法,建立了基于ADAMS软件平台的整车刚柔耦合多体系统操纵动力学仿真分析模型.对模型中柔性体,应用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,利用ADAMS/Flex模块,将模态变形融入柔性多体系统的运动学、动力学仿真中.通过“转向盘中间位置的仿真“,得到了转向盘力输入的主要评价指标值,仿真计算与实测结果最大误差在10%以内.因此,在汽车设计阶段,可以利用柔性多体模型较准确地预测汽车在高速公路上高速行驶时的操纵性,并可替代实车测量方法.     

事故车辆局部变形精细计算与模拟系统

在收集汽车碰撞事故相关典型案例基础上,以事故车辆局部复杂变形区域为研究对象,采用有限元方法、六面体网格生成算法及十节点曲边四面体对事故车辆变形部位变形前后划分网格.针对各网格单元,采用车辆动力学及弹性力学理论建立碰撞力计算模型以及碰撞瞬间速度计算模型.在汽车碰撞事故虚拟再现分析中,通过拟合网格单元以较高的计算精度得到事故发生前汽车的运动速度大小和方向.     

轻型汽车球笼式万向节设计

球笼式万向节作为轻型汽车中重要的传动部件,其设计合理与否将影响车辆的动力性和整车结构布置。本文结合所开发的某轻型汽车的传动系统结构,根据某轻型汽车传动系的结构布置,确定了等速万向节的结构参数与受力特点,应用Pro/E建立万向节关键结构的三维模型,利用有限元分析软件进行分析,验证设计结果准确合理。     

汽车追尾碰撞保险杠结构的力学特性

针对交通事故中汽车的碰撞问题,运用动量守恒定理和能量守恒定律着重研究了汽车追尾碰撞情况下,汽车碰撞前部主要的结构吸能的优化方法。基于非线性ANSYS/LS-DYNA有限元软件,分析了在车辆的前纵梁部分薄壁梁表面开矩形吸能孔的可行性,取得了优化的薄壁梁的有限元模型,并利用得到的优化模型进行了保险杠碰撞的力学分析。     

地铁B型车车体静强度及模态计算

应用有限元方法及ANSYS软件建立了地铁车辆车体结构有限元分析模型,根据地铁车辆受力分析和危险程度,选择拖车(头车)作为计算、分析对象,确定了有限元模型的计算载荷、常见计算工况和评定标准,计算了车体在整备状态下的车体静强度,分析了整备状态和超常状态下的固有频率和振型。结果表明,地铁车体静强度在常见计算工况下皆能满足相关标准的要求,车体一阶扭转和一阶垂向弯曲自振频率偏低,一般要求车体在整备状态下的自振一阶垂弯频率应大于10 Hz,以避开转向架的点头频率;减小结构质量的同时增大结构刚度,在满足车体强度要求下,可以实现以降低次要的振型频率来提高主要的振型频率的目的,并可进一步地减轻车体质量。     

DKQ弯曲单元的构造及应用

为了研究复杂载荷作用下薄板结构的受力,基于离散Kirchhoff原理,推导了三角形弯曲薄板单元的应变矩阵、刚度矩阵中的显式面积坐标积分方法,根据变分原理构造了任意四边形弯曲单元DKQ,引入对称及反对称畸变模式进行网格畸变敏感性分析,将DKQ弯曲单元与平面应力单元组合,得到了用于薄板分析的四边形平板单元,并编制了有限元分析程序。计算结果表明:相对偏移量从-0.18变化至0.18,反对称畸变模式下挠度最大误差为1.83%,而对称畸变模式下挠度最大误差为0.99%;对某地铁车体结构,计算结果与ANSYS结果误差在3.5%之内,这说明构造的DKQ弯曲单元对网格畸变不敏感,具备良好的位移解收敛性和计算精度。