铁道车辆板梁结构多方案对比分析

为合理处理铁道车辆车体上的板梁组合结构,解决车体结构分析中典型的板梁偏心连接问题,构建了偏心节点的节点位移关系式,利用APDL语言实现了批量约束方程的施加;并根据ANSYS软件中梁单元、板单元、实体单元的基本特征构造了5种板梁组合结构模型,对它们进行了有限元分析及对比.研究结果表明:对于同一典型的板梁结构,用板梁偏心组合建模(单点约束)方案得到的模型与用实体建模方案得到的模型有限元分析结果比较接近,用全板壳建模的两种方案均相对实体单元模型约束稍强,而用板梁偏心组合建模(双点约束)方案得到的模型则约束过强;同时采用板梁组合建模的模型单元数和节点数相对较少,可以节省计算机时,降低计算费用.     

钢铝混合地铁车辆静强度分析及试验验证

依据钢铝混合地铁车辆结构传力特点,创建了钢铝混合地铁车辆结构性能有限元模型。以某钢铝混合地铁列车的头车为研究对象,根据EN 12663—2010标准,对车体刚度、静强度进行仿真分析。介绍了车体静强度试验情况,并将试验结果与有限元计算结果进行对比分析,结果表明,列车结构测点的测试值与计算值的变化趋势一致,相对误差最大值在13%之内。     

铝合金地铁车体零件有限元模态分析

目前,铝合金地铁车体广泛采用大型中空闭口型材,其结构具有一定的复杂性,为简化计算程序,需进行 铝合金车体的有限元建模与静力学分析。本文通过采用两种不同的单元类型(solid45和shell63)建立铝合金地 铁车体典型零件的有限元模型,在相同的边界条件和载荷下,比较两种模型的静力学和动力学计算结果,得出 在满足工程精度的前提下采用板壳单元,可使单元数大大减少,且提高了网格的质量,具有节约计算成本的特 点,这为进行铝合金地铁车体的有限元建模与静、动力学分析及优化提供了参考依据。     

高速铁路下承式钢桁结合梁桥在偏载作用下的受力特性分析

以京沪高速铁路64 m简支下承式钢桁结合梁桥为对象,采用作者曾经提出的空间板梁单元和常规板壳单元、空间梁单元和空间桁单元离散结构,对其在偏载荷载作用下的受力特性进行空间有限元分析,计算主桁、混凝土板和纵、横梁的应力和位移。结果表明:该桥在偏载荷载作用下符合强度刚度要求。     

基于混合有限元法的钢箱拱相关稳定分析

针对薄壁结构提出了一种混合有限元方法,对结构关心的部位采用板壳单元模拟,其他部位采用杆系单元模拟,根据平截面假定推导了2种单元在交界面处的约束方程,由此建立整体混合有限元模型。通过算例验证了该方法的可靠性,可以计算薄壁结构的整体稳定、局部稳定和整体局部相关稳定。用该方法对某座刚构-单肋钢箱系杆拱组合桥梁进行特征值和弹塑性稳定分析,得到了相应的稳定系数和失稳模态。实例显示,该方法既可以弥补梁单元模型无法计算构件局部屈曲的不足,又可克服局部板壳模型无法准确模拟其整体边界条件及工作环境的缺点,还可以避免全结构板壳模型产生过多单元数量和庞大结构刚度矩阵的弊端,计算可靠性和计算效率大大提高。     

机车车体典型焊接接头应力分析

为解决近年来在采用壳单元的重载机车车体结构强度分析中,牵引梁与中梁过渡区域焊接接头的理论分析结果与试验结果存在较大差异这一问题,提出将车体主体结构离散为壳单元,分别采用壳单元和实体单元离散牵引梁与中梁的过渡区域。基于机车的运用工况,确定车体在纵向压缩和拉伸载荷作用下的理论应力分布并与试验结果进行对比,研究壳单元和实体单元对典型焊接接头应力分布的影响,并对该区域的局部结构进行优化。分析结果表明:在典型焊接接头区域,实体单元比壳单元具有更高的计算精度,且与试验结果吻合度较高;采用实体单元能更准确地模拟存在较高应力集中效应的焊接接头的应力分布。     

高速列车铝合金车体中铆钉和螺栓联接结构的强度分析

铆钉和螺栓联接结构是铝合金车体中不同金属之间及铝合金之间联接的重要方式。通过铝合金车体强度计算实例,介绍了使用耦合和约束方程建立铆钉和螺栓联接结构有限元模型的方法,提出了铆钉和螺栓联接结构强度的验收标准,以及对铆钉和螺栓联接结构计算结果进行分析的方法。     

基于子模型技术的复杂轨道车辆车体结构优化分析

为了考察某复杂轨道车辆车体底架中部纵向连杆结构承受纵向压缩载荷的能力,分别将纵向连杆离散成体单元和壳单元,对整车模型进行纵向压缩工况计算,分析2种常规建模方式的计算结果差异和缺陷。为了解决以上2种常规建模方式存在的问题,提出在子模型中对纵向连杆关注区域全部使用体单元建模的方法来得到纵向连杆区域精确的应力结果,并根据精确计算结果对该区域的局部结构进行优化。分析结果表明:在车体结构有限元强度分析过程中,为了解决常规建模方式存在的问题,在合理选择切割边界的情况下,采用子模型技术可以更加快速精确地获得关注区域的应力结果;在车体结构设计中,充分考虑结构刚度的协调性有利于提高车体结构强度。     

不同FE建模方法对疲劳强度分析结果影响的对比研究

为了提高工程结构强度分析的效率,基于ANSYS和Hyper Mesh平台建立了某型号机车焊接构架的全实体单元模型和体—壳混合单元模型,并对这2种建模方法的建模时间、分析周期及疲劳强度的计算精度进行了对比分析。针对体—壳混合单元组合建模中存在的体、壳单元连接处自由度不匹配的问题,在接口引入了RBE2刚性连接单元来提高计算精度。研究表明:全实体单元建模方法在工作量、分析周期以及有限元模型的规模等方面,都数倍于体—壳混合单元组合建模方法;采用合理的体、壳单元连接措施后,其疲劳强度分析计算精度的相对误差能控制在10%的范围内,对提高工程结构强度分析效率具有良好的应用价值。     

梁格理论在某斜交连续梁结构分析中的应用

研究目的:针对T型宽实体连续板梁桥受力复杂的结构特点以及用常规的结构分析方式难以对结构的受力行为进行较好把握的问题。研究方法:应用梁格理论对某斜交T型宽实体连续板梁桥进行结构计算简化,利用刚度等效的原则对原结构进行结构模拟以及运用有限元的分析方法对结构进行离散,同时利用通用有限元程序软件SAP2000对简化的粱格模型进行结构模拟分析。研究结果:为求解分析宽、斜受力复杂的连续梁、与此结构类似的箱梁以及实体板梁提供了一种实用简便的分析计算方法。研究结论:通过具体的工程实例计算,并与板壳模型计算结果进行比较,证明了该理论在工程应用中具有较好的使用价值。     

一种新型铁路钢—混组合桁架桥的动力特性分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的新型铁路钢—混凝土组合桁架桥建立了有限元计算模型,分别采用空间梁单元、空间板单元及三维实体单元对混凝土槽形板进行模拟。计算分析了桥梁的自振特性和移动列车荷载作用下的动力响应。结果表明:采用三种不同单元模拟槽形板得到的结构主要振型及相应自振频率的计算结果较为接近,梁单元模型可在保证精度的前提下大大减少计算工作量;移动荷载作用下桥梁的竖向挠度和加速度响应较小,满足我国干线铁路行车要求。     

考虑钢-混凝土滑移效应的下承式钢桁结合梁受力特性研究

对下承式64 m双线钢桁结合梁,考虑钢梁与混凝土板之间的滑移,采用空间梁、板壳单元建立有限元计算模型,钢梁与混凝土板间的连接根据剪力钉刚度,采用弹性连接模拟,通过二期恒载、混凝土桥面板收缩徐变工况的计算分析,研究下承式钢桁结合梁受力特性。计算结果表明,下承式钢桁结合梁中由于混凝土板与主桁下弦杆共同作用承受纵向拉力,钢梁与混凝土板之间的滑移对桥梁结构内力影响较大,设计计算时不适合采用钢梁与混凝土板刚接或换算截面法,建议根据剪力钉刚度钢梁与混凝土板之间采用弹性连接模拟,不同荷载工况可按结构受力对剪力钉刚度进行适当调整。     

基于子模型的铁路车辆结构强度精细计算

对某铁路货车车体结构进行了有限元强度精细计算.根据车体的对称性建立了1/4几何模型;在Hv-perMesh中采用实体单元建立有限元分析模型,按纵向、垂向工况进行加载;导人ANSYS中完成对车体主模型的静强度有限元分析,通过计算结果与试验测试数据的对比,验证了模型的合理性;运用子模型技术,选取枕梁附近区域建立子模型,进行有限元分析精细计算,得到了较主模型更为接近测试数据的结果.     

高速动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究

为降低动车组车体加工中的焊接残余应力,开展了动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究。研究中基于热弹塑性有限元理论,利用实体-壳单元混合模型以有效减小计算规模,通过壳单元实现实体与壳单元连接的方法,建立了高速动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真有限元模型。在试验的基础上,利用双椭球模型校核焊接热源,通过提取和简化各道焊平均热循环曲线,实现热源加载,分析了KK端焊接残余应力的分布规律。在此基础上,提出采用2种分段焊的优化方案,最终的计算结果表明,分段焊可有效的减小KK端的焊接残余应力。     

不同梁单元对车-桥耦合动力响应的影响

研究目的:为研究不同类型梁单元对列车-轨道-简支梁耦合系统动力响应的影响,以12车编组高速列车通过6跨简支梁为例,基于多刚体动力学建立车辆垂向动力学模型,分别采用Euler-Bernoulli梁、Timoshenko梁及Mindlin板单元建立简支梁桥有限元模型,并开展基于三种不同类型梁单元简支梁模型的列车-轨道-桥梁耦合系统动力响应分析。研究结论:(1)在相同参数条件下,三种简支梁模型的自振频率各不相同,其中Euler-Bernoulli梁模型计算得到的简支梁自振频率最高,对应的理论共振车速也最大;(2)运营车速条件下,桥梁加速度响应受梁单元类型的影响显著,基于Euler-Bernoulli梁的简支梁振动加速度最小,基于Timoshenko梁的简支梁振动加速度与基于板单元的箱梁底板中点处的计算结果较为接近,而基于板单元的简支梁由于顶板局部受高频列车荷载激励的影响,因此顶板中点处的加速度最大;三种简支梁模型计算的首、末节车体加速度吻合良好;(3)共振车速条件下,Euler-Bernoulli梁模型和Timoshenko梁模型计算的桥梁加速度和位移吻合较好,但整体上大于板单元模型箱梁腹板及底板的计算结果,且Euler-Bernoulli梁模型和Timoshenko梁模型计算的末节车体加速度在振动形态上与板单元模型计算结果存在较大差异;同时,末节车辆由于受桥梁共振效应的影响显著,其车体加速度明显大于首节车辆;(4)本研究成果可为列车-轨道-桥梁耦合振动研究中桥梁数值模型的选择提供参考。     

体-壳混合单元与实体单元在构架强度计算中的对比分析

采用体单元与体-壳混合单元分别对某型地铁车辆构架进行数值模拟,模拟计算中针对体单元与壳单元自由度不同的问题,使用多点约束法(MPC)在体壳单元接触面建立连接。计算结果表明,两者的位移与应力分布情况一致,体-壳混合单元与实体单元位移值大小相同,但最大应力强度值小于实体单元,最大相对误差为8.3%,处于精度允许范围内,两者均满足构架静强度要求。     

单元板式无砟轨道路桥过渡段搭板结构方案研究

根据单元板式无砟轨道路桥过渡段特点，提出4种搭板结构过渡方案，建立有限元模型，分析搭板脱空长度对轨道受力的影响，优化了单元板式轨道路桥过渡段的结构设计。设置搭板过渡方案可提高线路的平顺性、减少轨道板类型和优化轨道板受力。但不同的搭板布置对轨道结构受力影响较大，分析认为将搭板置入桥台一定距离，搭板两端和上方轨道板板缝对齐...     

S型曲线钢箱梁桥空间受力特性研究

为分析S型曲线钢箱梁桥的空间受力特性和纵横向剪力滞效应,基于Midas考虑翘曲变形的七自由度梁单元和ANSYS的Shell181壳单元,对一座四跨S型曲线连续钢箱梁桥进行全桥空间精细化仿真建模,研究其在不同荷载作用之下的结构位移、截面应力、支座反力及自振特性,并找出结构的最不利情况及其应力分布规律。经2种有限元单元的结果对比,可知采用板壳单元模型较之梁单元模型对该类桥梁弯扭耦合效应的模拟更为准确,其各项分析结果更偏安全,实际设计中对该类结构应尽可能采用板壳单元进行建模检算。为进一步研究其剪力滞效应,基于ANSYS计算结果研究了该桥各关键截面顶板的剪力滞效应,得出其剪力滞系数的纵横向变化规律,可为今后类似桥梁的设计提供参考。     

钢-混凝土混合结构在大跨度连续刚构桥中的应用

重庆石板坡公路长江大桥采用填充混凝土后板式钢—混凝土接头。在轴力、弯矩和剪力的作用下,钢—混凝土接头处将产生轴向压应力、拉应力和剪应力。压应力由承压板及PBL剪力键共同传递,拉应力、剪应力主要由PBL剪力键传递。计算得到钢—混凝土接头的最不利荷载组合内力。在钢—混凝土接头附近截取18m长的1个梁段,将混凝土与贯穿钢筋进行耦合、贯穿钢筋与PBL板进行耦合,采用实体单元、板单元和梁单元,建立钢—混凝土接头有限元模型,利用有限元软件ANSYS进行仿真分析,得到钢—混凝土接头各部分的应力分布。结果表明:结构各构件在设计荷载下并未出现超出材料强度的应力峰值;剪力主要靠腹板上的PBL剪力键传递;有效的预应力体系是钢—混凝土接头可靠性的根本保证。     

铝合金车体搭接塞焊结构有限元建模方法研究

为了建立一种适用于铝合金车体搭接塞焊结构的简化FE模型,基于ANSYS平台,建立了6种搭接塞焊结构的简化FE分析模型,并与全实体单元FE模型进行了比较分析。在此基础上提出了点焊集对塞焊结构进行离散的方法,结合ANSYS的APDL语言,给出点焊集自动化建模的源代码,并将其成功运用于某铝合金车体强度分析中。研究表明:使用该方法对搭接塞焊结构进行离散时,塞焊区域及远离塞焊孔区域的应力与全实体单元模型略有偏差,但相对误差不超过15%;在对大型搭接塞焊结构进行强度分析时,在保证其计算精度的前提下,采用文中方法可显著提高FE建模和仿真分析效率。