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.     

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...     

高速动力车车体结构参数的优化

本文在高速动力车车体轻型化结构设计及初步计算分析的基础上，以质量为目标函数，分别以等数应力和自振频率为约束条件对车体结构进行了优化设计，本文的工作有明，保证车体强度和刚度的前提下，通过优化设计可使结构的力流传递更加合理，应力分布更加均匀，同时实现了高速动力车车体的进一步减重。     

基于隐式参数化模型的地铁车体轻量化设计

为实现地铁新车型前期快速的概念设计和性能评估,引用“分析驱动设计”理念对重庆6号线地铁的MP车体进行了隐式参数化建模;并录入车体的17个主要钣金件进行设计分析。以板厚为设计变量,筛选出模态和刚度对质量相对灵敏度较大的7个车体钣金件,进行基于响应面法的多目标轻量化优化设计;车体的刚度、模态等多项性能指标达到了良好的轻量化效果。研究结果表明：所引入“分析驱动设计”理念的车体隐式参数化建模及基于响应面法的多目标优化方法能应用于车体结构的轻量化设计,具有较好的工程指导意义。     

普通机车与高速机车车体轻型化的比较分析

本文以韶山７型电力机车为参照，在对韶山７型电力机车及高速动力车车体进行静力计算的基础上，以质量为目标函数，通过对车体模型的灵敏度分析，总结了车体轻型化设计中应当遵循的一些基本原则，得出了几点有益的结论。     

带频率约束的车体结构组合优化设计系统

利用遗传算法对代码进行优化操作的特点,研究适应轨道车辆车体结构的优化方法.以重量最轻为目标,离散的截面和板厚为设计变量,应力、指定位移和自振频率为约束,实现了集多种变量、多类约束于一身的组合优化设计,并编制了铁道车辆车体结构专用优化设计系统.     

城际动车组铝合金车体结构设计与性能

根据城际动车组的运用特点,以CRH3A型城际动车组车体结构为例,在最大程度上满足车体的高强度及轻量化的要求及标准下,从车体材料的选择、车体断面设计、车体结构设计、计算分析验证及试验对比等方面进行研究,提出了城际动车组车体结构的设计思路和方法.     

高速列车车体侧顶圆弧结构优化

以新一代高速列车车体为研究对象,对车体结构进行了有限元分析,得到了车体侧顶圆弧结构区的应力分布.在对圆弧结构区弹性力学平面简化模型分析的基础上给出了型材分布规律,对型材结构进行了优化改进,使车体圆弧结构区的应力明显降低,为车体结构的实际设计和优化提供了有效的参考依据.     

高速磁浮列车复合材料车体部件强度分析及结构优化

利用有限元分析与结构优化技术,研究高速磁浮列车复合材料车体部件强度问题。依据复合材料结构和力学特征,建立某高速磁浮列车复合材料车体强度分析模型;基于系统动力学和空气动力学分析结果,确定车体与走行机构之间的接口载荷及车体表面承受的气动载荷;运用BS EN 12663:2010标准和Tsai-Wu失效准则对车体结构进行强度分析。结果表明：车体结构强度满足设计要求,其中碳纤维头罩结构的最大Tsai-Wu失效因子仅为0.154;为充分挖掘复合材料的潜能,分别以柔度、质量和铺层顺序为目标函数,对碳纤维头罩进行自由尺寸优化、尺寸优化以及层叠次序优化,最终获得最佳铺层顺序为45°/-45°/0°/90°/90°/0°/45°/-45°/45°/-45°;优化后碳纤维头罩比与优化前质量减轻了28.9%;将优化后的头罩映射到整车车体并进行强度分析,碳纤维头罩的最大Tsai-Wu失效因子为0.163。     

动车组铝合金车体结构刚度协调设计原则

动车组铝合金车体结构整体刚度和部件刚度决定着其强度、稳定性、振动品质以及疲劳寿命.结合车体结构和承载特点以及铝合金焊接的特殊性,分析动车组铝合金车体各种典型断面的缺口对其抗弯刚度的影响,识别外载荷作用下车体部件的传力路径,以及研究位于传力路径上部件各方向的刚度不协调区域.以结构刚度协调设计为出发点,总结铝合金车体主结构开口和端门结构以及型材焊接位置的设计原则,为动车组铝合金车体详细设计提供理论依据.     

纵向冲击下高速列车车体承载极限数值模拟

进行了高速列车车体6005A-T6、6082A-T6铝合金的静态拉伸和动态压缩试验,识别了0.001~2 500 s-1应变率范围内2种铝合金的材料应变率效应,建立了对应的Johnson-Cook本构模型;构建了高速列车典型车辆的显式动力分析模型,完成了刚性墙冲击车体过程仿真,研究了车钩稳态载荷、冲击速度、加载方式对车体承载极限的影响;分析了高速列车一号车和二号车车体在冲击载荷下的变形演化,通过应力变化临界点确定了车体的承载极限,并对列车在更高能量配置模式下的车体承载性能进行了验证。研究结果表明:在0.001~2 500 s-1应变率范围内,6005A-T6和6082A-T6铝合金应变率敏感系数分别为2.9×10-3和8.5×10-3,应变率效应不明显;纵向动态冲击载荷下,应变率强化对铝合金车体结构承载力影响不明显,惯性效应是其承载能力高于静态极限的主要原因;纵向冲击载荷从车钩位置传递时,一号车和二号车车体的动态承载力水平显著高于车体许用静态压缩载荷;冲击载荷下的车体结构承载力可为高速列车碰撞各界面能量分布问题中吸能元件平台力取值提供上界;可适当考虑提高车体许用压缩载荷以扩大列车端部吸能部件力学参数设计域,以满足更苛刻需求下的列车被动安全性能。      

圆销车钩自由转角与车体参数匹配性的研究

为了明确圆销车钩自由转角与车体主要结构参数的匹配关系,采用理论分析与动态仿真相结合的方法,研究了曲线通过及直线承压工况下,机车车体主要结构参数与车钩转角的关系.结合缓冲器的非线性迟滞特性并采用控制系统仿真方法,建立了圆销钩缓系统的对中钩肩模型,该模型能够较好体现钩肩回复力的实时性;采用内插样条函数进行拟合,根据工程图纸对车钩钩头轮廓曲线进行数据离散,反演得到钩头轮廓曲面,并建立了一对连挂钩头间的曲面/曲面接触模型,进一步考虑了连挂钩头间的相互作用,能够准确模拟连挂钩头间的相对运动;通过对不同自由转角条件下机车的受力情况进行分析,得出了车钩自由转角设计推荐公式,并通过动力学仿真对其进行了验证.研究与仿真结果表明,受轨道曲率变化的影响,车钩实际转角比静态计算结果要偏大0.5~1.0,钩头间的相对转动可对车钩转角进行补偿,以顺利实现机车曲线通过;车钩自由摆角与车体结构要有较好的匹配,以保证机车承压时的运行安全性,同时建议该型机车钩缓系统自由转角设计值应小于8,这与推荐公式的计算结果有较好的一致性.      

机车车辆车体结构动应力计算方法

为了提高机车车辆的疲劳寿命,优化其结构设计,提出了基于多系统仿真模型和有限元方法的动应力混合计算方法,计算了机车车辆车体结构的动应力。建立以车体为核心的机车多体系统仿真模型,并进行动力学分析,获得关键位置的载荷时间历程。通过有限元准静态应力法,计算了车体结构的准静态应力影响因子。通过载荷时间历程和对应单位载荷作用下的应力影响因子的相互相乘叠加求和计算,获得车体结构在随机动载作用下的应力历程,对实际线路车体结构动应力测试结果和刚性车体与柔性车体的仿真结果进行了对比。对比结果表明:其误差分别是2.462%和7.258%,说明此计算方法计算精度高。     

100t重载货车车体结构选型及参数研究

本文论述了在我国发展重载货车的必要性,提出开发重载货车应以充分利用线路及桥梁的承载能力、提高线路每延米载重为设计基本原则。在此基础上,提出了三种浴盆式重载货车车体的结构方案,经过理论分析、比较和有限元计算后,认为开发我国重载专用运煤敞车车体应以低自重系数、低重心、大容量的浴盆式车体为主要车型。      

大轴重矿石车车体焊缝疲劳寿命分析

为研究重载货车车体焊缝疲劳寿命,以某大轴重矿石车车体为研究对象,在AAR标准静态载荷的作用下,对货车车体进行静强度分析与评价;在此模型的基础上,依据车体焊接工艺图,创建包括焊缝在内的矿石车车体疲劳寿命分析模型;在AAR标准动态载荷的作用下,应用等效结构应力法研究车体关切焊缝的结构应力分布规律以及疲劳寿命,并对寿命薄弱部位结构进行改进,改进后焊缝寿命明显提高．     

200km／h高速客车车体结构分析及改进

全面分析了200km/h高速客车车体的结构特点，建立了结构分析计算模型。通过对垂向载荷工况、纵向拉伸载荷工况、纵向压缩载荷工况、气动载荷工况和运用状态垂向载荷工况的分析计算，结果表明：该车钢结构变形协调，强度薄弱部位主要表现为局部应力集中。解决应力集中问题不应加大构件断面尺寸，而应采用降低应力集中的结构措施或局部补强。     

焊接残余应力对动车组铝合金车体疲劳强度的影响

采用热-弹塑性法和固有应变法计算了动车组铝合金车体对接接头的残余应力, 并进行了对比, 以验证采用固有应变法计算残余应力的合理性; 建立了车体的板壳有限元模型, 参照标准《铁路应用—铁路车辆车体的结构要求》 (EN 12663), 确定车体服役状态的疲劳载荷工况, 采用惯性释放法计算了车体有无残余应力的疲劳强度; 根据最大主应力原则, 将车体多轴应力转化为单轴应力, 得到焊缝和母材关注点的平均应力和应力幅值; 结合铝合金车体材料性能参数绘制了Goodman疲劳曲线, 计算了每个关注点的可靠性安全系数, 分析了残余应力对车体疲劳强度的影响。分析结果表明: 焊接残余应力对母材关注点影响不大, 其可靠性安全系数降幅小于5%;焊缝关注点的平均应力增加量可达25 MPa, 其可靠性安全系数降幅超过50%, 最大为54%, 使得车体容易疲劳失效; 残余应力对焊缝关注点最大主应力的方向有明显的改变。      

高速客车悬挂系统静挠度分配对运行平稳性的影响

为提高高速客车乘坐的舒适性,以悬挂系统静挠度为研究对象,讨论了二系和一系悬挂静挠度比与总静挠度的关系.根据振动理论及多体系统动力学原理,研究了不同静挠度比下二自由度车轮荷重系统受迫振动的特点,建立了高速客车分析模型,分析了不同速度下一系和二系静挠度分配对高速车辆运行平稳性的影响.研究结果表明:对于车轮荷重系统,在低于4 Hz的频段中,车体加速度随挠度比的增大而减小,在高于4 Hz的频段,挠度比为1.0和2.0时,车体加速度较小;随着静挠度比增大,构架振动加剧,车体横向平稳性略有降低,频率在2～10 Hz之间车体垂向振动明显变大,静挠度比为0.5和8.0时的垂向平稳性指标比静挠度比为2.0时的计算结果分别高出1.5%和6.0%.      

非支配排序遗传算法的动压轴承形状多目标优化

为了克服以偏心率为初始参数的轴承优化模型优化结果局限于原始形状的缺点,提出用傅里叶级数表示通用膜厚方程,建立了多目标形状优化设计数学模型.应用基于非支配排序遗传算法,以最小功耗和最小侧漏流速为目标、最小油膜厚度和最小承载力为限制条件,以通用膜厚方程系数为设计变量,进行了轴承形状的多目标优化设计,并用Matlab偏微分方程工具箱求解基于通用膜厚的控制方程.实例分析结果表明:基于通用膜厚方程的多目标优化后的轴承形状不受固有型线的限制;在保证最大承载力的基础上,优化后的非圆轴承与仅以最大承载力为单目标优化的结果相比,最小功耗下降了80.8%,最小侧漏流速比优化前下降了3个数量级,并得出了Pareto最优解集.     

动静压轴承的计算分析与优化设计及应用实例

本文对球磨机动静压滑动轴承的压力分布进行有限元计算方法及结构参数进行了分析研究。结果表明 ,动静压滑动轴承能综合利用静压和动压轴承的优点。并且对磨机动静压主轴承的设计参数通过复合形法进行优化设计 ,编制了在满足等式和不等式约束条件下以单位承载力下的功率损耗最小为目标函数的通用 Visual Basic程序 ,以提供最佳设计数据 ,并对优化前后的数据进行比较、分析。结果表明 ,这是一种有效的方法。