高速列车车体断面优化设计

论文摘要

车体设计是高速列车研究的一个重要组成部分。高速列车车体在运行过程中,不但要把牵引力和制动力传递给车钩,还要承受各种设备载荷以及纵向和横向冲击载荷的作用。因此,车体必须具有足够的强度和刚度,满足相关技术标准的要求,保证列车运行的安全性和平稳性。本文运用Hypermesh软件建立了国内某型高速列车铝合金车体有限元模型；然后对其进行静强度计算,分析总结了结构强度和刚度的计算结果,并进行模态计算和分析；最后以该车体底架为研究对象,对其进行了拓扑优化、尺寸优化,探讨了车体底架最佳断面形状,并对优化结果进行验证。具体内容如下：1.有限元模型的建立由于车体结构复杂,首先对车体结构进行适当的简化,并在软件Hypermesh中建立车体有限元模型。2.车体静强度、模态分析依据欧洲标准EN12663：2010《铁路应用—铁路车辆,车体结构要求》,对车体结构进行了4种工况的静强度计算和模态分析,总结了车体的应力分布情况,同时根据TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》,对车体的刚度进行了评定,为车体底架的优化提供约束条件。3.车体底架结构优化采用优化软件OptiStruct对车体底架进行优化。首先对车体底架进行了基于概念设计的拓扑优化,根据设计要求和优化目标得到具有最佳断面形状的车体底架结构；在此基础上对底架结构进行更为细致的尺寸优化,根据优化目标函数得到各截面的最优尺寸；最后对优化后的车体进行静强度分析,并对优化前后的静强度计算结果进行了比较分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 世界高速铁路的发展
• 1.1.2 我国高速铁路的发展状况
• 1.2 高速列车车体轻量化的研究意义
• 1.3 结构优化技术在铁道车辆中的应用
• 1.4 课题研究意义
• 第2章 某型高速列车车体简介及有限元模型的建立
• 2.1 车体简介
• 2.1.1 车体主要组成部分
• 2.1.2 车体材料特性
• 2.1.3 车体结构主要技术参数
• 2.2 有限元方法基本理论
• 2.2.1 有限元法的早期工作
• 2.2.2 有限元法概述
• 2.2.3 有限元分析的主要步骤
• 2.2.4 Hypermesh软件的介绍
• 2.2.5 ANSYS软件的介绍
• 2.3 车体有限元模型的建立
• 2.3.1 车体模型的简化
• 2.3.2 焊接方式的模拟
• 2.3.3 附件质量的模拟
• 2.3.4 实体单元与壳单元的连接
• 2.4 模型坐标系的选择
• 2.5. 车体结构的有限元模型
• 2.5.1 单元的选择
• 2.5.2 车体模型的离散
• 2.6 小结
• 第3章 车体结构静强度、刚度和模态分析
• 3.1 工况与边界条件
• 3.2 车体结构静强度和刚度的评定标准
• 3.2.1 车体静强度评定标准
• 3.2.2 车体刚度评定标准
• 3.3 静强度计算结果分析
• 3.4 模态分析
• 3.5 小结
• 第4章 高速列车车体底架结构优化设计
• 4.1 结构优化设计基本理论
• 4.1.1 Optistruct简介
• 4.1.2 Optistruct优化设计的数学基础
• 4.1.3 Optistruct结构优化设计流程
• 4.1.4 基于Hypermesh的结构优化方法
• 4.2 车体底架优化
• 4.2.1 拓扑优化
• 4.2.2 尺寸优化
• 4.3 车体静强度计算
• 4.4 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文