考虑屈曲响应的碳钢客车车体底架结构的拓扑优化

利用子结构和拓扑优化相结合的技术,研究碳钢客车车体底架结构的稳定性问题.首先,在1280kN车钩压缩载荷作用下,对某碳钢车车体结构进行线性屈曲分析,指出底架薄板部位因纵向刚度不足导致其屈曲因子偏低;然后,开展整车级底架失稳区域的典型结构的基于屈曲响应的拓扑优化,分别将碳钢车车体底架侧门和端部区域的典型结构定义为非子结构,其它车体单元定义为超单元,它们的边界结点定义为出口结点;接着,依据两典型结构的拓扑优化结果,确定优化设计方案;最后,经整车级结构的稳定性分析,优化结构的屈曲因子分别提高了0.67和0.95.这种考虑屈曲响应的、借助子结构方法的整车级高效的底架拓扑优化技术可推广到车体其它部位的优化设计中.     

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.     

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.     

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。     

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...     

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.     

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.     

大跨度钢管混凝土拱桥的稳定性分析

简要介绍了钢管混凝土拱桥稳定性分析的2种方法：线性屈曲和非线性弹塑性屈曲．以益阳茅草街钢管混凝土拱桥为例，建立了有限元分析模型，采用大型通用有限元分析程序ANSYS对其成桥稳定性进行了分析，并进一步探讨了结构的几何非线性、材料非线性和初始缺陷对该桥稳定性的影响．分析表明，接近失稳荷载时，拱顶已出现较大竖向位移，应考虑大位移对稳定性的影响；结构的初始缺陷和材料的塑性都使得结构的稳定性降低。     

轨道客车车体联接螺栓强度的数值模拟

基于螺栓联接传力特点、有限元技术以及相关标准,归纳总结出轨道客车车体联接螺栓强度分析的两种建模及评价方法.利用这两种方法,分别创建了动车组枕梁与边梁接触非线性分析模型以及地铁车模块化司机室与车体有限元模型;基于EN12663-2010标准载荷,校核某动车组枕梁与边梁联接螺栓及其被联接件的强度,以及某地铁车模块化司机室与车体联接螺栓的静强度和疲劳强度.这两种联接螺栓强度分析方法可推广到轨道客车车体底架吊装节点的强度设计中.     

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.     

考虑气动载荷的动车组铝合金司机室焊接接头应力因子分析

基于EN1999-1-3:2007和IIW-2008标准及EN15085-3标准,研究高速列车频繁地通过隧道时列车头部或尾部承受瞬间突变的气动载荷导致车体结构疲劳损伤的问题.基于上述标准的接头疲劳性能参数和疲劳评定方法及损伤等效原则,应用C#语言和ANSYS的APDL语言编写了高速动车组铝合金车体在BS EN12663标准的加速度疲劳载荷和气动疲劳载荷共同作用下,车体焊接接头应力因子的计算程序.在2×106次的0～4000 Pa气动载荷和107次的三方向加速度±0.15 g载荷共同作用下,利用某高速动车组头车车体结构有限元模型和自编计算程序对司机室焊接接头进行疲劳评估与应力因子分析.结果表明:主要由气动疲劳载荷引起的司机室焊接接头的累积损伤和应力因子均是IIW的计算结果大于EN 1999-1-3的计算结果;司机室立柱与边梁焊缝的累积损伤和应力因子最大,分别为0.753和0.987.建议高速动车组司机室焊接结构抗疲劳设计时应重点关注气动疲劳载荷.     

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.     

提高铝合金车体防火性能的方法研究

基于对轨道交通车辆防火标准以及车辆发生火灾事故对于乘客人身安全危害性的认知,重点研究了一种提高铝合金车体防火性能的方法,以满足动车组行车能力及乘客疏散救援要求.以某动车组为例,首先计算车内非金属材料热释放量,假设火灾风险、火源功率,将其热负荷加载到车厢有限元模型中,应用FDS软件仿真分析车体在火灾状态下的温度分布,将温度分布插值到车体有限元模型中的每个节点,确定燃烧损坏区域;利用ABAQUS软件模拟分析车体在承受热负荷及最大拉伸载荷工况下的静强度、刚度的变化.在热力耦合工况下,通过车体刚度的变化即车体变形量的大小,验证动车组是否满足行车能力要求,若否,则需在车体静强度薄弱的区域,不改变车体设计结构的情况下,添加非金属防火材料的方法,提高车体热负荷下的静强度、刚度,即提高了车体防火性能.并详述了允许车体变形量判断依据及限值计算结果.     

铁路罐车端部支座联接螺栓及车体接触非线性分析

在铁路罐车的运行过程中,为保证罐体的稳定状况,需要对封头端部支座与底架联接的螺栓施加合理的预紧力.利用有限元仿真方法计算得出铝合金支座与底架铁地板结合面的摩擦力大小,根据机械设计中螺栓组受横向载荷的情况,对封头支座螺栓拧紧力矩进行计算与螺栓校核.通过TB/T1335-1996标准对整车进行3种工况的接触非线性有限元分析,考核封头支座处螺栓及车体的强度,得出车体各部件静强度满足设计要求.     

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.     

动载作用下柔性车体结构疲劳寿命的仿真

为准确预测随机动载作用下柔性车体结构的疲劳寿命，将多体动力学仿真和有限元分析相结合，建立了车体多体动力学模型．计算了35个关键部位的载荷历程，并用准静态应力分析法获得了对应的应力影响因子．用模态分析技术获得了车体结构固有频率和模态振型，用子结构技术获得了车体有限元缩减模型．根据危险应力分布、应力时间历程以及Palmgren-Miner损伤理论，利用疲劳分析软件FE-FATIGUE的基于应力的安全强度因子分析法和MATLAB的WAFO技术对柔性车体结构疲劳寿命仿真．仿真结果包括损伤和疲劳寿命预测．     

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.      

轨道车辆铝合金车体铆接车底架钻孔工艺研究

为了提高铝合金铆接车体底架钻孔的精度,通过对加工过程中存在的加工缺陷进行分析.分析发现钻孔补偿值的获取方法、工件来料本身、工件的装夹等均会对底架铆接孔的精度产生影响.针对这些影响因素,提出了如优化补偿值获取区域、利用主轴反转去屑、优化加工路径优化、边梁断面微铣削等改进措施和方法结果表明,利用优化后的加工工艺方法进行加工,其加工时间和加工精度相比于优化前分别提高了40 min和0.3 mm左右,在较大程度上提高了加工效率和精度,降低了不良产品的发生率.     

基于等效结构应力的不锈钢车体点焊接头疲劳寿命预测

采用等效结构应力法研究不锈钢车体点焊接头疲劳寿命.首先,在研究点焊接头的失效模式、结构应力计算方法的基础上,归纳总结了基于等效结构应力法进行点焊接头疲劳寿命预测的技术路线;其次,建立某不锈钢车体包括点焊接头在内的有限元模型,依据EN12663-1∶2010标准中提供的车体疲劳载荷谱,分析了主横梁与底架边梁区域的点焊接头结构应力分布规律,并对这些焊点进行了寿命预测;最后,采用改变焊点数量和布置及增加板厚的方式,使点焊接头疲劳寿命提高了3.87E+06.