跨坐式单轨车辆车体结构轻量化研究

在保证跨坐式单轨车辆车体整体结构力学特性的前提下,省略了一些非承载件,利用有限元软件建立了车体的有限元模型.以车体质量最小化为目标函数,车体构件应力为约束条件,车体构件厚度为设计变量,对其进行了尺寸优化设计,从而减轻了车体的质量,取得了轻量化的效果.     

基于灵敏度分析的单轨车辆转向架构架优化设计

以单轨转向架构架为研究对象,建立了转向架构架的有限元模型,分析了构架在四种典型工况下的静强度。对构架各焊板进行了灵敏度分析,取质量灵敏度与弯曲应力灵敏度绝对值比值较大的板厚作为设计变量,以质量最小作为目标函数,以应力和位移为约束条件,对构架进行了轻量化设计。优化结果表明,基于灵敏度分析的优化设计方法可行,对于其它同类结构的轻量化设计有一定的借鉴意义。     

一种新型弹性联轴节的形状优化设计

应用有限元法对一种新型机车车辆驱动系统的弹性联轴节进行了强度分析,找出了应力集中点,并以应力集中处的应力作为目标函数,以弹性联轴节的结构尺寸为设计变量进行优化设计,从理论上求出了研究对象的最优形状,从而为整个系统的设计开发奠定了基础。     

高速列车齿轮箱箱体动应力响应及疲劳可靠性研究

高速列车铸铝合金齿轮箱在服役过程中承受复杂的载荷条件和随机应力。以某新型高速列车齿轮箱为研究对象,结合线路试验分析列车运行速度、电机输出扭矩及线路条件对箱体动应力响应及疲劳强度的影响,利用应力—强度干涉理论建立齿轮箱等效应力—疲劳强度干涉可靠性模型,分析齿轮箱箱体疲劳可靠度与服役里程的关系。结果表明:随着列车运行速度和电机输出扭矩的增大,箱体各测点的应力水平均有不同程度的增大,其中端部吊杆座处的应力变化最为明显;当列车运行速度由200km·h-1增加到400km·h-1时,其最大动应力幅值增大约120%,电机输出扭矩由0变为1400N·m时最大动应力幅值增大约150%。此外,线路条件对箱体等效应力也影响显著。随着列车服役里程的增加,箱体疲劳可靠度不断降低,在一定可靠度下,随着铝合金箱体铸造水平等级的提高,齿轮箱箱体寿命延长,铸造孔径为0.5mm时的服役里程是铸造孔径为0.9mm时的3.8倍。     

集中式逆变器直流侧并联协调控制策略

针对集中式光伏电站逆变器低功率运行下输出波形质量差且故障率高的问题,在光伏发电单元汇流箱与逆变器之间加入控制器,提出一种改善系统运行性能的控制策略。分析了集中式光伏电站直流侧并联结构,以光伏系统输出功率最大和输出电流谐波畸变率最小为优化目标,建立目标函数。控制器控制逆变器协调运行使目标函数最小,改善系统运行性能。分析了光伏单元传统连接方式下故障期间的损失以及本策略在此基础上可提高的效益。最后通过算例验证本策略的可行性。     

新型机车传动系统的弹性联轴节的强度分析和形状优化

通过应用有限元法对一种新型机车传动系统的弹性联轴节进行强度分析,找出应力集中点,并以应力集中处的应力作为目标函数,以弹性联轴节的基本尺寸为设计变量,进行优化设计,从理论上求出了研究对象的最优形状,从而为整个系统的设计开发奠定了重要的基础。     

高速动力车转向架焊接构架优化设计

以高速动力车转向架焊接构架的质量为目标函数,以16Mn钢母材和焊缝的疲劳强度为约束条件,根据UIC615-4所规定的构架强度试验载荷,对高速动力车转向架焊接构架进行结构优化,提出了降低结构弯曲和扭转刚度的设计方法,以提高轻量化焊接构架的疲劳强度。优化方案构架的最大等效应力较原方案降低15.33%,结构刚度和应力分布趋于均匀,构架疲劳强度满足设计要求。     

动车组制动系统箱体类部件轻量化设计方法

针对材料替代轻量化设计中如何确定新结构板材厚度的问题,在推导箱体类部件的板材厚度与固有频率关系的基础上,提出以轻量化设计后铝合金箱体的刚度与原碳钢箱体的刚度相当为目标,通过获取箱体固有频率确定铝合金箱体各部分板材厚度的轻量化设计方法。以某型动车组制动控制箱体为例,提出铝合金制动控制箱体的设计方案,并进行仿真和试验验证。结果表明:使用铝合金箱体时制动控制装置前3阶固有频率分别为66,69和71Hz,与使用碳钢箱体时相当;与碳钢箱体比,铝合金箱体的重量减轻了59%,静强度安全系数从3.5提高到4.2,疲劳强度安全系数从8.3降到1.6,但仍满足标准EN12663-1—2010规定的要求;采用轻量化设计的铝合金箱体满足疲劳强度的要求,实现了轻量化的目标。     

跨坐式单轨车辆转向架构架的轻量化研究

以跨坐式单轨车辆转向架构架为例,以构架厚度为设计变量,应力为约束条件,质量最小为目标函数,利用结构优化设计方法,对其进行了尺寸优化设计。利用Hypermesh软件中的Opstruct模块进行尺寸优化求解。优化后的构架部分部件厚度变化明显,其自重降低22%,得到了同时满足静强度、刚度和疲劳寿命要求的构架轻量化设计优化方案。     

基于刚柔耦合模型的动车组齿轮箱箱体振动特性研究

以国内某型动车组齿轮箱为研究对象,着重研究箱体的振动特性。首先在SolidWorks软件中建立齿轮箱整体结构的三维模型,然后利用ANSYS软件将箱体柔性化,最后在ADAMS软件中建立齿轮系统刚性且箱体柔性的刚柔耦合模型,分析箱体在内部激励下的振动特性。研究结果表明,箱体不同部位的振动特性不同,振动位移较为明显的区域在上箱体顶端和上箱体大齿轮轴承座处,振动速度较为显著的区域在小齿轮轴承座和下箱体大齿轮轴承座处,振动加速度较为突出的区域在小齿轮轴承座和上箱体观察口处。以上研究方法与结论,能够为动车组齿轮箱箱体的结构优化和健康监测提供相应参考。     

制动控制箱结构特性分析

高速列车用制动控制箱必须满足在复杂载荷作用下的强度及刚度储备要求。以高速列车用制动控制箱箱体为研究对象,使用有限元的方法计算了制动控制箱箱体的结构特性。首先建立箱体结构的三维实体有限元模型,其中对箱体内各功能模块之间复杂的接触条件和部件形状进行简化处理。分别进行了箱体的模态分析,在所有外挂件和自身重量作用下的箱体静强度分析,抗冲击强度分析以及组合载荷作用下的疲劳分析。仿真分析结果表明箱体具有较高的强度储备,能够满足铁路车辆结构强度的要求。     

车轮扁疤对高速列车齿轮箱动态特性影响分析

在高速列车齿轮箱的动力学研究中,由于齿轮传动系统的结构特殊性,难以直接通过传感器测试得到其动态响应,为此通过仿真建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱箱体有限元模型的整车动力学模型。根据齿轮传动系统参数和扁疤车轮参数,建立了齿轮箱内外激扰模型。对不同工况下的齿轮箱动态特性进行计算,结果表明:车轮扁疤对于高速列车齿轮传动系统的平稳啮合有恶劣影响,当扁疤激扰达到一定程度时,甚至会引起啮合脱离并造成冲击;箱体的不同位置由于其特征模态的不同而对扁疤激扰的敏感度不同,其中箱体底部和油位观察孔处的应力与扁疤长度正相关性较高,应力和变形较大,为危险区域;车轮扁疤对箱体动应力的影响比齿轮箱内部激扰大,相比箱体内部激扰,车轮扁疤对箱体裂纹的形成有更大影响。     

动车组分体式齿轮箱合箱面气密性控制研究

为分析动车组分体式齿轮箱运行过程中合箱面的气密性与装配间隙的关系,对某分体式齿轮箱的箱体分别进行了受内腔气压力和短路扭矩时冲击振动载荷综合作用力、箱体气密性试验条件的强度有限元计算,获得相应工况下箱体合箱面处的等效应力以及形变量,进一步通过对箱体机加工精铣合箱面过程中刀具种类选择和工装装夹压紧力的研究来保证箱体合箱面处的平面度,控制箱体合箱面处装配间隙,最终通过对箱体合箱装配过程工艺的控制,来保证齿轮箱合箱面的密封性。     

制动模块总成局部断裂原因分析及改进

针对制动模块总成在进行冲击振动试验时出现局部断裂问题,建立了制动模块总成的有限元仿真模型,并进行了动态特性分析。结果表明:制动模块总成的一阶固有频率偏低,试验时在外界激励的作用下,制动控制箱体发生较大的振动使制动控制箱体安装吊耳处承受较大的交变应力。结构在交变应力的作用下出现裂纹而断裂。从调整制动模块总成刚度入手,在保证制动模块总成总质量不增加的前提下通过对框架进行改进,提高其抗弯刚度,改进后的制动模块总成经试验验证满足技术要求。     

转K7型转向架副构架优化设计

以转K7型转向架副构架质量为目标函数,以C级铸钢的静强度为约束条件,根据.TB/T1335-1996所规定的货车转向架部件强度的试验载荷,对副构架进行结构优化设计,采用降低弯矩和变形量的设计方法,以提高副构架结构的静强度.优化方案副构架最大等效应力较原方案降低13.96%～34.69%,结构刚度和应力趋于均匀,副构架静强度满足设计要求.     

电力机车车体结构优化分析

以新设计某型电力机车为例,利用ANSYS软件建立了电力机车车体结构的有限元模型,并针对机车车体设计中的强度、刚度考核工况,以合理化的车体结构钢板厚度为设计变量,以车体结构的应力、位移需满足的高速试验列车动力车强度及动力学规范等为状态变量,以车体质量最小为目标函数,对车体进行了全面的轻量化优化设计分析,并对优化设计后的车体结构进行了强度、刚度及模态的分析校核,结果表明各项计算结果均符合标准要求。     

地铁车辆统型结构低压箱研究

参照传统低压箱结构,结合设计需求,设计出了统型低压箱结构。通过仿真模拟分析了低压箱箱体在不同工况下的应力情况,验证了统型结构低压箱的可靠性。并对统型结构低压箱体样品进行了密封性能试验及强度试验。试验结果均满足相关规范及标准的要求。统型结构低压箱便于维护,通用性强,能适用于绝大部分地铁车辆,大大提高了设计效率,缩短了设计周期,节省了试验成本,适用于在项目初期的总体系统统筹规划。     

车轮多边形化对高速列车齿轮箱体动态响应的影响

为了研究高速列车齿轮箱体在受多边形车轮激扰下的动态响应,建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱体有限元模型的整车动力学模型。进行了线路实测试验和箱体模态分析。对齿轮箱体上裂纹易于萌生处进行了加速度和动应力分析。结果表明:20阶多边形车轮容易引起齿轮箱体的一阶共振,导致振动加速度和应力显著提高,故障工况下的加速度和应力相比正常工况增加了4.6倍和45倍;车轮多边形化对齿轮箱体的影响是局部的,其危险区域为油位观察孔附近和散热筋附近;齿轮箱体发生异常振动时易发生疲劳破坏,箱体的服役寿命随着多边形波深增大而显著降低,应该在运维决策中对破坏危险点进行重点关注。     

机车车辆车下悬挂箱体设备安装座疲劳寿命仿真优化分析

机车车辆在运行过程中,传递给车下悬挂箱体的随机振动激励与箱体内部结构的固有频率相接近时,会使结构产生共振而发生疲劳破坏。为研究箱体安装座在振动载荷下发生疲劳破坏的原因,基于结构振动疲劳寿命分析方法,采用有限元软件对悬挂箱体结构进行随机振动疲劳寿命分析。然后利用Dirlik法和Miner线性损伤累积准则对箱体设备安装座进行疲劳损伤评估,并对结构进行仿真优化。经分析表明,箱体安装座的疲劳寿命与安装设备的高度、质量以及安装座刚度有关,这些部件参数决定了箱体内部结构的固有频率,从而影响结构疲劳损伤的大小。     

基于试验数据和位移置信准则的铁路斜拉桥多目标模型修正

提出一种具有相似比例的位移置信准则(DACSP),其与中性轴位置、自振频率联合构建新的目标函数，修正赣江大桥的初始有限元模型。给出DACSP的定义与中性轴位置的计算图示；分别构建传统目标函数与新目标函数，利用NSGA-Ⅱ在修正参数的设计空间内寻找目标函数的协调最优解，对比分析两种目标函数的修正效果。结果表明：相较于传统目标函数，新目标函数的修正效果更好，且物理意义明确；采用新目标函数进行模型修正后，各工况下桥梁变形和应力的计算值与实测值吻合良好，频率的相对误差控制在10%以内。