虚拟轨道列车车体技术研究

虚拟轨道列车以胶轮替代传统轨道车辆的转向架在普通公路上行驶,其车体承载结构所受载荷条件、运行工况与传统运行在钢轨上的轨道车辆车体有着明显不同.为研究基于轻量化前提下适应虚拟轨道列车的车体结构型式和可靠性校核方法,对公交客车车身结构的技术发展进行分析,并结合公交客车和有轨电车进行对比分析,提出虚拟轨道列车车体结构的设计原则和结构选型建议,并对虚拟轨道列车车体强度校核方法给出分析和建议.     

虚拟轨道列车车体技术研究

虚拟轨道列车以胶轮替代传统轨道车辆的转向架在普通公路上行驶,其车体承载结构所受载荷条件、运行工况与传统运行在钢轨上的轨道车辆车体有着明显不同.为研究基于轻量化前提下适应虚拟轨道列车的车体结构型式和可靠性校核方法,对公交客车车身结构的技术发展进行分析,并结合公交客车和有轨电车进行对比分析,提出虚拟轨道列车车体结构的设计原则和结构选型建议,并对虚拟轨道列车车体强度校核方法给出分析和建议.     

复合材料在轨道交通车辆中的应用与展望

围绕玻璃纤维、碳纤维、铝基陶瓷等复合材料在轨道交通车辆中的应用展开了综述;介绍了针对上述复合材料开展的基础与应用研究历程及进展,分析了应用在大型复合材料构件的结构特点;针对头车/司机室、中间车车体、转向架、制动结构、其他结构,系统性地总结整理了复合材料种类、成型工艺、设计方法、优化方法等,全面阐述了复合材料在轨道交通车...     

轻轨车辆车体承载结构材料的选用

本文通过对车体承载结构用的耐候钢、不锈钢及铝合金等材料的有关性能和经济性进行分析比较,指出在经济条件和生产许可的情况下,以采用铝合金作为轻轨车辆车体承载结构材料为宜.     

铝合金车体城市轨道车辆地板防火结构设计

在分析现有铝合金车体城市轨道客车典型车辆底架结构的基础上,针对不同车辆地板填充物及隔热结构建立了3种不同的车辆底架防火结构模型.依据BS 6853防火试验标准对该3种车辆底架防火结构模型样件进行结构耐火性能测试,验证了不同车体底架填充物对车辆地板耐火性能的影响,并对耐火试验的结果进行分析,进而为铝合金车体轨道客车的地板耐火结构设计开发提供了值得参考的可靠数据.     

100%低地板城市有轨电车车辆碰撞仿真分析

为提高100%低地板列车在意外碰撞事故中的被动安全性能,依据欧洲标准EN15227《铁路车辆车体的防碰撞性规范》进行车辆的碰撞仿真设计和计算分析,得到了具有良好碰撞安全防护性能的车辆设计结构,为现代轨道车辆的耐碰撞设计提供了参考.     

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.     

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。     

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.     

基于新型复合材料的城市轨道交通车辆地板降噪研究

通过分析城市轨道车辆车内噪声产生原因和地板降噪结构,以新型复合材料着手进行研究,以提高地板本身的吸音降噪性能为目标,设计了3种应用新型复合材料的地板结构.依据GB/T19889.3隔声测试标准,对不同材质及结构的地板样块进行了测试,并对不同复合材料的地板隔声量进行对比分析,验证了不同材料及结构的地板隔声降噪性能,为城市轨道交通车辆的降噪设计提供了参考.     

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.     

加速工况下铝合金高速动车组车体服役性能评估

根据EN12663标准中的疲劳载荷要求和车辆运行时启动,匀速运行,制动和出入库的在线实测加速度载荷谱,通过车体的实测应变信息,反求获得车体在线路上运行时的真实载荷谱.结合材料、结构疲劳试验以及无损探伤检测,利用主S-N曲线法疲劳寿命评估平台结合迈纳尔损伤累计法则对车体系统残余寿命和服役性能进行了评估.通过数据分析得危险焊缝部件的设计寿命和抗疲劳性能可满足车体使用30年的标准要求,并验证主S-N曲线进行动车组车体焊接接头疲劳寿命评估方法的可靠性和准确性.     

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％.     

YW25A型空调硬卧车车体结构分析

YW25A型空调硬卧车是1988年通过国际招标形式为衡广、郑宝铁路提供的新型空调客车,车辆技术水平要求达到或接近国际80年代水平.该车在结构设计上与原22、25型客车比,在侧墙、车顶和底架结构等方面都有较大改进.为使车体结构设计合理,采用 DDJ—W 结构静强度分析程序系统对车体钢结构进行了结构分析计算,并在计算中使用了功能较完备的前后处理系统.     

牵引杆附加刚度效应对地铁车辆垂向动力学性能的影响

为了解决地铁车辆踏面过度磨耗、剥离、失圆及产生的车体垂向动力学性能超标问题,通过车辆结构理论分析及动力学仿真,研究了牵引杆的附加刚度效应.结果表明:车辆制动系统不是导致上述问题发生的主要原因,短牵引杆及其两端大的连接刚度引起的附加刚度效应是导致车体对垂向振动冲击敏感的根源;在车辆制动或通过曲线轨道时,牵引杆装置的附加刚度效应可降低二系悬挂系统的隔振能力;考虑牵引杆的附加刚度效应时,车辆对垂向振动的冲击响应显著增大;将牵引杆的连接刚度减小到现有刚度的25％时,可以降低车体对垂向冲击的响应,改善车辆的垂向动力学性能.     

高速铁路路基不均匀沉降的动力学识别

高速铁路路基不均匀沉降直接影响列车的动力特性.本文建立了车辆轨道路基空间耦合动力学模型,对沉降区车体振动、轮轨力、钢轨加速度和轨道板加速度等动力特性进行了分析.在车辆动力响应和轨道动力响应中,车体垂向振动加速度受路基不均匀沉降影响最为明显,且最有规律可循.将车体垂向振动加速度作为输入量,基于RBF神经网络对路基不均匀沉降的弦长和幅值进行识别,通过网络逼近性能和输出结果的训练不断优化神经网络模型,最后可得预测效果误差小于2％,可用于路基不均匀沉降的识别.     

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。      

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。     

基于美国CFR标准的地铁车辆动力学分析

为确保我国提供美国轨道车辆产品满足设计要求,研究美国CFR标准的地铁车辆动力学性能评估方法.首先,总结CFR标准中车辆运行时产生的轮轨力、车体加速度及转向架横向加速度数据的处理方法及评价指标;其次,建立某出口地铁车辆的动力学分析模型,再结合线路运行条件和车辆结构特点确定动力学分析工况;最后,在典型运行工况下,进行地铁车辆的动力学分析,并依据标准要求对计算结果进行低通滤波及窗函数的数据处理.结果表明:地铁车辆动力学性能良好,满足设计要求.分析结果可为地铁车辆设计提供理论依据,同时其动力学分析思路亦可推广到类似产品的动力学分析中.     

多柔体车辆耦合系统对动力学性能的影响

研究轨道车辆在运行状态下,刚柔耦合建模方式的车辆系统对动力学性能的影响程度.以某型高速动车组拖车为研究对象,基于SIMPACK多体动力学软件分别建立多刚体车辆模型和由柔性轮对、柔性构架以及柔性车体结构耦合的刚柔耦合车辆模型,通过对两者在不同运行速度和不同运行线路工况仿真计算的结果进行对比,从而评价采用刚柔耦合建模方式对动力学性能方面的影响.结果表明:对比多刚体车辆计算结果,刚柔耦合车辆整体上在稳定性、运行品质和曲线通过性能等指标结果表现较差,尤其在高速运行状态下,刚柔耦合车辆在垂向方向上影响更加剧烈.