铝合金地铁车体性能仿真分析

论文摘要

随着铝合金材料在地铁车辆上的广泛应用,使得铝合金地铁车体的性能得到了日益广泛的关注。同时由于地铁车辆直接关系着乘客的生命安全,铝合金地铁车体的可靠性,安全性等性能就变得愈加重要。本文以某铝合金地铁车体为研究对象,在车体图纸设计阶段,运用数值仿真的方法对车体的性能做了分析。具体内容如下：首先,依据铝合金地铁车体的三维几何模型运用I-DEAS和Hypermesh软件创建了用于车体静强度分析的有限元模型。根据“EN12663-2003”标准确定车体强度分析的七种载荷工况,并对七种载荷工况的计算结果做出分析,评价了车体主要部位的强度。其次,基于结构模态分析的基本原理,对铝合金地铁钢结构车体,整备状态下的车体,超载状态下的车体分别进行了模态分析,得到了车体的一阶弯曲频率和一阶扭转频率,并做了对比分析。然后,运用Hypermesh软件建立了运用大变形碰撞仿真分析的有限元模型。对车体的前端吸能结构做了“耐撞性”分析,完成了车体前端吸能结构的变形模式的设计。并对改进后的吸能结构进行了“耐撞性”分析。根据对吸能结构的设计要求确定了碰撞条件依次为：（1）空车车体以50km/h的初速度撞击固定的平面刚性墙体；（2）整备状态车辆以24km/h的初速度撞击固定的平面刚性墙体。对吸能结构的变形及能量,撞击力、速度、加速度随时间的变化规律做了分析。确定改进后的车体前端吸能结构的“耐撞性”达到吸能要求。最后,运用等效结构应力法对车体的主要焊缝进行了应力集中计算和疲劳寿命预测。依据车体结构和焊接工艺图创建用于车体焊缝应力集中计算和疲劳寿命预测的有限元模型,根据“EN 12663：2000”标准确定车体静强度分析的垂向载荷工况和横向载荷工况,提取各载荷工况的节点力,获得评估焊缝的结构应力分布规律。根据ASME标准对车体的关键部位的焊缝进行了寿命预测,结果表明：车体重点评估焊缝的疲劳寿命均满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景与意义
• 1.2 铝合金车体性能仿真分析
• 1.2.1 铝合金车体发展现状
• 1.2.2 铝合金车体疲劳寿命研究现状
• 1.2.3 铝合金车体吸能结构研究现状
• 1.3 本文研究主要内容
• 本章小结
• 第二章 大变形碰撞仿真算法原理
• 2.1 概述
• 2.2 有限元基本方程
• 2.3 碰撞仿真关键技术
• 2.4 显示中心差分法
• 2.5 接触—碰撞界面算法
• 2.6 铝合金地铁车体碰撞仿真分析的建模步骤
• 本章小结
• 第三章 结构疲劳寿命预测方法
• 3.1 概述
• 3.2 疲劳问题的基本概念
• 3.3 基于IIW和BS标准的疲劳寿命预测
• 3.3.1 基于IIW标准的疲劳寿命预测
• 3.3.2 基于BS标准的疲劳寿命预测
• 3.4 基于ASME标准的疲劳寿命预测
• 本章小结
• 第四章 地铁铝合金车体静强度分析
• 4.1 车体结构简介
• 4.2 车体静强度评价标准
• 4.3 车体有限元模型
• 4.4 计算载荷及位移约束
• 4.5 结果分析
• 4.5.1 刚度计算结果分析
• 4.5.2 强度计算结果分析
• 本章小结
• 第五章 地铁铝合金车体的模态分析
• 5.1 车体模态评价标准
• 5.1.1 车体模态有限元分析的基本理论
• 5.1.2 车体模态评价标准
• 5.2 钢结构模态分析
• 5.3 整备状态下车体模态分析
• 5.4 超载状态下车体模态分析
• 5.5 三种模态分析结果对比
• 本章小结
• 第六章 地铁铝合金车体吸能结构研究
• 6.1 车体吸能评价标准
• 6.2 车体初始方案的吸能结构分析
• 6.2.1 碰撞分析模型
• 6.2.2 仿真结果分析
• 6.3 车体改进方案的吸能结构分析
• 6.3.1 碰撞分析模型
• 6.3.2 仿真结果分析
• 6.4 车体吸能结构改进前后结构对比分析
• 本章小结
• 第七章 地铁铝合金车体焊缝疲劳寿命预测
• 7.1 车体疲劳评价标准
• 7.2 车体疲劳载荷
• 7.3 车体焊缝疲劳寿命预测有限元模型
• 7.4 焊缝结构应力分布规律研究
• 7.4.1 静强度分析
• 7.4.2 车体焊缝评估位置
• 7.4.3 焊缝结构应力
• 7.5 焊缝疲劳寿命预测
• 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 致谢