轨道车辆不锈钢车体焊点强度评估方法研究

结合国际标准和接头疲劳试验及有限元模型,研究在设计阶段不锈钢车体焊点强度的快速评估.首先,对比分析英国标准EN 15085-3:2007和美国AWS C1.1M/C1.1-2000标准中基本金属的强度、板厚及焊核直径对焊点最小剪切力的影响;然后,对某出口不锈钢超载状态车体承受纵向压缩时,考虑到车体结构复杂与焊点数量庞大,借助梁单元模拟点焊连接,利用美国标准中的焊点最小剪切力对车体焊点的静强度进行评估.指出该车体底架焊点设计存在问题,需要进一步进行改进焊点设计.接着,分析焊点疲劳强度评估各类方法的特点及适用范围,基于焊点接头疲劳试验数据和利用梁单元的合成剪力变化范围,在超载状态车体承受107次垂向加速度为±0.3 g的循环载荷作用下,对该不锈钢车体焊点进行疲劳评估,车体焊点满足设计要求.     

地铁B型车不锈钢点焊车体有限元建模方法对比分析

以某B型不锈钢地铁车体为对象,研究建模方法对车体有限元分析的影响,包括静强度、刚度和模态分析。首先采用CAD建模软件建立了车体的精细几何模型,然后基于厚度叠加原理,建立了无点焊等效厚度的车体板壳模型,同时建立了采用CWELD焊点单元精确模拟点焊的车体板壳模型。在此基础上,依据BS EN 12663-1:2010标准,确定了车体强度评价载荷工况,对比分析了两种建模方法的有限元分析结果,验证了简化建模方法的有效性。对两种模型车体理行计算,模态分析结果表明,有点焊模型模态频率较高,刚度结果表明有点焊模型刚度较大,静强度结果表明有点焊模型强度较高。采用等厚度叠加原理的车体建模计算结果偏于保守,在工程设计和分析中采用是可行的。     

焊点强度快速评估方法及应用

利用有限元分析方法和软件二次开发功能,研究设计阶段车体焊点强度快速评估方法及应用.首先,指出了有限元模型中利用梁单元模拟焊点,国际标准推荐使用焊点的最小剪切力评价焊点强度;然后,基于Hyperworks和ANSYS软件,结合焊点强度评估方法,提出了运用Tcl语言和APDL语言编制分析程序,实现了焊点利用率的快速计算;最后,利用开发程序对某不锈钢车体的焊点静强度进行了评估,并以云图形式显示了计算结果.结果表明:某不锈钢车体焊点强度利用率小于1,满足设计要求;应用开发程序使得焊点评估高效快捷,有效地简化了操作步骤、降低了出错几率,且结果可视化程度高,数据直观方便,对企业具有实际应用价值.     

地铁车辆Mp车车体刚度及静强度分析

针对西安地铁一号线Mp车车体在各种工况下的刚度和静强度进行计算分析,并根据计算结果对该车车体结构进行了几处结构改进及相应的分析计算,确定了最终的Mp车车体结构.并应用有限元法对改进后的Mp车车体结构进行刚度和静强度的仿真计算分析,结果表明:该车体刚度和静强度均满足设计要求,各个工况下车体的最大应力值均未超过该点处材料的许用应力,并通过结果分析确定车体高应力区.     

全自动驾驶地铁不锈钢车体静强度和模态分析

根据全自动驾驶地铁不锈钢车体结构特点,简化该车体几何模型,建立相应的有限元模型.基于车体静强度计算标准,确定10种车体结构静强度的计算工况.在这些计算工况作用下,计算车体结构的静强度.计算在最大垂直载荷作用下车体结构刚度,以及车体钢结构模态与整备状态下车体结构模态.计算结果表明全自动驾驶车辆不锈钢车车体结构的刚度、静强度和模态均满足车体结构设计要求.     

基于俄罗斯车辆计算与设计规范的棚车车体强度分析

将俄罗斯设计规范与我国TB/T 1335-1996标准进行了对比分析,总结出基于俄罗斯规范的棚车车体强度分析的载荷工况;依据棚车部件结构的传力特点,创建了某棚车车体强度分析的仿真模型,并在俄罗斯规范提供的载荷作用下,对其车体结构进行静强度有限元分析与结构优化,使车体结构设计满足俄罗斯设计规范的要求.     

长大平车车体结构的拓扑优化设计

在对长大平车车体进行静强度和疲劳强度分析的基础上,分析关键部位的位移和应力指标对车体结构板材厚度的灵敏度,并基于灵敏度信息确定主要板材结构的拓扑优化模型,利用优化求解器进行拓扑优化.基于拓扑优化结果,给出车体结构的新设计方案并校核其静强度及疲劳强度.新设计方案在保证车体强度的同时,使车体减重1.3 t,较好地实现了车体轻量化的目的.优化结果为长大平车车体结构的创新设计提供了有价值的参考.     

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。     

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.     

纵向冲动对弹性城轨车辆运行舒适度影响研究

以某地铁B型车为研究对象,基于SIMPACK软件建立由弹性车体结构耦合的刚柔耦合列车动力学模型。对比不同运行工况下的仿真计算结果,探究由于坡道线路和牵引制动而产生的纵向冲动对弹性城轨车辆运行舒适度的影响。结果表明：在牵引力、制动力或坡道附加阻力的影响下产生的纵向冲动使得弹性城轨车辆的舒适度值增大52.87%～163.69%。同时,纵向冲动对车体底架上前、后测点舒适度影响的增大以及牵引制动时弹性车体底架中间测点舒适度值出现的负增长,说明了在评价运行舒适度时考虑车体自身结构弹性的必要性。     

不锈钢点焊结构车体FEA建模方法

针对不锈钢车体点焊结构的“点传力”特性,提出了位移主-从约束关系建模思想,并通过数值试验验证了采用位移主-从约束关系来模拟焊核比现有其它的模拟方法具有更高的精度.以城市轻轨动车组不锈钢点焊车体为应用对象,基于位移主-从约束关系建立了该车车体的有限元模型,计算结果与试验测试结果基本一致,证明了模型的正确性,为今后该类车型的设计与开发打下了良好的技术基础.     

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。     

不锈钢点焊结构车体FEA建模方法

针对不锈钢车体点焊结构的"点传力"特性,提出了位移主-从约束关系建模思想,并通过数值试验验证了采用位移主-从约束关系来模拟焊核比现有其它的模拟方法具有更高的精度.以城市轻轨动车组不锈钢点焊车体为应用对象,基于位移主-从约束关系建立了该车车体的有限元模型,计算结果与试验测试结果基本一致,证明了模型的正确性,为今后该类车型的设计与开发打下了良好的技术基础.     

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。     

基于车辆弓网双耦合的受电弓随机振动疲劳分析

针对高速列车受电弓弓头结构多发的疲劳破坏问题,考虑车体与弓网振动的共同作用,提出基于车辆弓网双耦合的多点随机振动疲劳分析方法。首先,根据某型受电弓的实际物理模型,建立有限元模型用于数值计算;其次,结合线路实测数据与IEC 61373:2010试验标准中的功率谱(ASD)对其进行加载,进行多点随机振动谱分析及应力计算,在此基础上,利用Dirlik法对受电弓进行随机振动疲劳分析;最后,将分析结果与未加载车体激励的结果进行对比。对比结果表明：多点随机振动激励下,受电弓的加速度功率谱响应频段集中在15～25 Hz,且在多频率点处响应较单点更加强烈;在弓头关键焊缝的疲劳分析中,弓网间高频振动是造成疲劳破坏的主要原因,但车体振动对结构造成的疲劳损伤可达8.6%,因此在进行弓头关键焊缝强度评价时,应综合考虑车体振动与弓网振动的影响。     

DKQ弯曲单元的构造及应用

为了研究复杂载荷作用下薄板结构的受力,基于离散Kirchhoff原理,推导了三角形弯曲薄板单元的应变矩阵、刚度矩阵中的显式面积坐标积分方法,根据变分原理构造了任意四边形弯曲单元DKQ,引入对称及反对称畸变模式进行网格畸变敏感性分析,将DKQ弯曲单元与平面应力单元组合,得到了用于薄板分析的四边形平板单元,并编制了有限元分析程序。计算结果表明:相对偏移量从-0.18变化至0.18,反对称畸变模式下挠度最大误差为1.83%,而对称畸变模式下挠度最大误差为0.99%;对某地铁车体结构,计算结果与ANSYS结果误差在3.5%之内,这说明构造的DKQ弯曲单元对网格畸变不敏感,具备良好的位移解收敛性和计算精度。     

不锈钢激光焊分析试验对比研究

基于梁单元、壳单元建立激光焊拉剪试样有限元模型,对激光焊中心对中和偏移的焊接方式进行模拟分析,运用ANSYS有限元软件做线弹性分析,加载位移边界载荷,输出激光焊缝剪切力,与试验样件做对比分析,结果表明不同载荷下的激光焊强度预测结果与试验有良好的一致性,验证了模拟方法的可靠性.以有限元和试验对比分析的结果为基础,建立了完整的轨道车辆整车激光焊强度评估方法,并在某出口地铁上成功应用.     

纵向底门煤炭漏斗车车体FEA与强度试验

以新型煤炭漏斗车车体研究对象,把物理模型转化成有限元模型,对该车体空车和重车工况分别进行了有限元静强度分析、刚度分析.同时按照<铁道车辆强度设计及试验鉴定规范>进行了样车强度刚度实验,并将计算出的结果与样车的测试结果进行了对比分析,对比结果不仅验证了数值计算的可靠性,而且为进一步在设计期间的车辆疲劳寿命预测提供了基础数...     

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.