重载货车中Huck系列连接器力学行为数值仿真研究

论文摘要

为了提高我国铁路的运输能力,货物列车一直在向“重载”方向发展。随着载重量的增大,采用铝型材降低车辆自身重量的钢铝混合结构的重载车辆应运而生。随着载重量的增大,货车各部件之间所承受的载荷也在增大,这就为重载货车部件的连接提出了更高的要求。 在现代工业生产中,板件连接方法通常采用铆接、螺纹、点焊等。但是这些连接方法由于自身的缺点和局限性,不能满足重载货车的要求,因此需要采用新型的连接方式。 Huck公司的连接器利用材料的塑性变形将板材紧密结合,能够满足重载货车的要求,已经得到了大量的应用。但是,设计人员在使用时因为安装完成后连接器对所连接部位产生的残余应力的大小以及范围,压力影响区还不太清楚,很难确定Huck系列连接器安装时的数量和分布,为了保证连接的安全,只能采用较多的连接器,造成了不必要的浪费。另外,板材的许用应力是一定的,车辆中的板材不仅受到外界施加的应力,还受到Huck系列连接器的残余应力。板材使用时必须满足外界施加的应力与残余应力的总和小于许用应力。不清楚连接后板内残余应力的大小,必然会对整车可靠性的设计产生影响。 为了解决以上的问题,基于非线性有限元软件MARC,本文对Huck系列连接器中目前比较常用的BOM和C50L连接器进行了力学行为数值仿真研究。讨论了建模中的关键技术,创建了基于接触的弹塑性模型。数值仿真结果深刻地揭示了这两种连接器塑性成型规律,不仅为确定连接器压力影响范围提供了数值依据,亦为重载货车中科学地采用Huck系列连接器提供了重要参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 新型板材连接方式概述
• 1.3 塑性有限元法的发展
• 1.4 有限元分析软件的发展
• 1.5 本文研究内容及意义
• 第二章 有限元理论介绍
• 2.1 接触问题
• 2.1.1 接触算法
• 2.1.2 接触分析中的几个问题
• 2.2 材料非线性问题
• 2.2.1 综述
• 2.2.2 弹塑性分析有限元方法
• 2.2.3 弹塑性有限元方程的基本解法
• 2.3 几何非线性问题
• 2.3.1 综述
• 2.3.2 几何非线性的应变度量
• 2.3.3 几何非线性的应力度量
• 2.3.4 大变形弹塑性有限元法几何非线性方程的建立
• 本章小结
• 第三章 BOM连接器力学行为数值仿真
• 3.1 BOM连接器简介
• 3.2 模型的建立
• 3.2.1 网格的划分
• 3.2.2 边界条件的施加
• 3.2.3 材料属性的定义
• 3.2.4 接触体的定义
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 残余应力分析
• 3.3.2 压力影响范围分析
• 本章小结
• 第四章 C50L连接器力学行为数值仿真
• 4.1 C50L连接器简介
• 4.2 模型的建立
• 4.2.1 网格的划分
• 4.2.2 边界条件的施加
• 4.2.3 材料属性的定义
• 4.2.4 接触体的定义
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 残余应力分析
• 4.3.2 压力影响范围分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢