高速动车组拖车车体结构强度分析及优化设计

论文摘要

经过全国铁路第六次大提速后,中国高铁进入了飞速发展的阶段,已经具备了一定的基础和技术实力。高速列车在武广线及郑西线的成功投用,充分展示了中国高速列车制造的整体实力。在“引进、消化、吸收、再创新”后,中国南车集团和北车集团也将高速列车的国产化率逐步提升。而本文所研究的对象—新一代CRH3型国产化动车组就是在这样的大背景下诞生的。本文简要介绍了新一代CRH3型动车组拖车车体的结构特点及所用材料的机械属性；再对车体进行适当的简化,运用有限元软件HyperMesh对其进行有限元模型的创建；然后基于EN12663标准对车体结构进行了17种工况下的静强度分析,并校核仿真得出的应力和刚度；对整车车体进行自由振动模态分析,明确了车体一阶垂向弯曲变形频率和振型,并分析其模态结构是否符合相关规定;依据车体结构的静强度报告对测试数据和仿真结果进行比较分析,并对结构薄弱处进行补强改进；最后利用ANSYS软件中的子模型技术和HyperMesh软件中的OptiStruct模块对局部结构进行细化强度分析和尺寸优化设计。本文的研究工作在车体结构分析中是即基本又关键的阶段,希望其研究成果能对高速列车车体的结构设计提供一定的参考价值。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及工程意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 工程意义
• 1.2 有限元技术在车体结构设计中的工程应用
• 1.3 本论文主要内容及方法
• 1.3.1 本论文的主要内容
• 1.3.2 本论文基本方法
• 2 车体结构与有限元分析模型
• 2.1 实体模型的基本结构和参数
• 2.1.1 车体的基本结构及参数
• 2.1.2 车体结构主要组成部分
• 2.1.3 车体材料特性
• 2.2 有限元方法的基本理论及相关软件的介绍
• 2.2.1 有限元法的概述
• 2.2.2 有限元方法的基本思想和分析思路
• 2.2.3 HyperMesh软件的介绍
• 2.2.4 ANSYS软件的介绍
• 2.3 车体有限元模型的建立
• 2.3.1 有限元建模的基本原则
• 2.3.2 车体模型的简化
• 2.3.3 焊接方式的模拟
• 2.3.4 附件质量的模拟
• 2.4 车体结构的有限元离散
• 2.4.1 单元的选择
• 2.4.2 车体的离散模型
• 2.4.3 边界条件
• 2.5 本章小结
• 3 车体结构强度仿真分析
• 3.1 载荷处理
• 3.1.1 计算工况
• 3.2 计算结果评价分析
• 3.2.1 车体结构强度评定和刚度标准
• 3.2.2 计算结果分析
• 3.3 结论
• 4 车体模态分析
• 4.1 分析算法原理简介
• 4.1.1 结构模态分析算法原理
• 4.2 ANSYS模态分析介绍
• 4.2.1 ANSYS模态分析的一般步骤
• 4.2.2 ANSYS模态的提取方法
• 4.3 有限元模型的建立
• 4.4 模态评定标准
• 4.5 模态结果与分析
• 4.6 结论
• 5 车体的实测应力值评价及改进方案
• 5.1 应力的测试
• 5.2 计算结果比较分析
• 5.3 结构补强方案
• 5.4 本章小结
• 6 车体局部结构的强度分析
• 6.1.子模型概述
• 6.2 ANSYS中子模型方法的分析步骤
• 6.2.1 生成并分析粗糙模型
• 6.2.2 建立子模型
• 6.2.3 生成切割边界插值
• 6.2.4 分析子模型
• 6.2.5 验证切割边界和应力集中位置的距离是否足够
• 6.3 局部结构的子模型法应用
• 6.3.1 二位端门角的应力分析
• 6.3.2 二位端窗角的应力分析
• 6.4 本章小结
• 7 车体局部结构的优化设计
• 7.1 结构优化设计基本理论
• 7.1.1 优化设计概念
• 7.1.2 优化设计的分类和算法
• 7.1.3 HyperMesh中OptiStruct模块的结构优化设计
• 7.2 基于OptiStruct的车体侧墙结构优化
• 7.2.1 优化参数
• 7.2.2 目标函数和约束条件
• 7.2.3 优化工况
• 7.2.4 优化结果及分析
• 7.2.5 优化后车体的强度校核
• 7.3 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集