低边耐候钢敞车车体轻量化研究

论文摘要

低边耐候钢敞车是为了满足锌锭、铁锭等货物的运输而设计的新型低边敞车。分析不同工况下车体的强度与刚度情况,并提出轻量化建议,使改进后的车体适合使用,这直接影响到用户的安全生产和经济效益。本文利用I-DEAS软件,根据低边耐候钢敞车车体钢结构的特点,建立了车体钢结构的力学模型。根据《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》（TB/T1335-1996）（以下简称《规范》）要求,分析了四种载荷工况下的强度和刚度。计算结果表明:高应力区主要出现在车体的前后从板座车上,但车体钢结构的强度和刚度值均满足《规范》的要求。为了研究车体的动态性能,对整车车体钢结构进行了有限元模态分析,计算了车体钢结构前十四阶振型和振动频率,车体一阶垂向弯曲频率为31.6Hz。根据有限元分析结果,利用I-DEAS的优化模块,对车体进行敏度分析和优化设计,将优化后的设计变量圆整,得到车体轻量化方案。对优化后车体的强度和刚度进行校核,结果表明:车体的刚度满足要求;车体钢结构的应力除第二工况的压缩载荷作用下,后从板座的应力大于许用应力外,其它均满足要求。经过优化设计低边耐候钢敞车车体减重1328kg,相对减重率达到了14.2%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 国内外敞车的研制现状及趋势
• 1.3 课题研究的目的意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 本章小结
• 第二章 车体结构分析的有限元理论与方法
• 2.1 有限元基本理论
• 2.1.1 有限元法概述
• 2.1.2 有限元法的解题思路
• 2.2 I-DEAS 软件及其应用
• 2.2.1 I-DEAS 软件介绍
• 2.2.2 I-DEAS 有限元分析的步骤
• 本章小结
• 第三章 车体钢结构有限元分析
• 3.1 主要技术参数及车体钢结构特点
• 3.1.1 车辆主要技术参数
• 3.1.2 技术要求
• 3.1.3 低边耐候钢敞车车体的结构特点
• 3.2 车体钢结构几何模型的建立
• 3.3 车体钢结构有限元模型的建立
• 3.4 计算工况的选取和边界条件的施加
• 3.4.1 车体的载荷及计算工况
• 3.4.2 约束处理
• 3.5 计算结果分析
• 3.5.1 强度和刚度评定标准
• 3.5.2 计算结果分析
• 本章小节
• 第四章 车体钢结构模态分析
• 4.1 模态理论
• 4.2 I-DEAS 模态分析
• 4.2.1 I-DEAS 模态分析概述
• 4.2.2 I-DEAS 模态分析步骤
• 4.3 车体钢结构有限元模态分析
• 本章小结
• 第五章 车体结构优化设计
• 5.1 优化设计理论
• 5.1.1 优化设计基本概念
• 5.1.2 结构优化设计的分类
• 5.2 I-DEAS 优化设计的基本算法
• 5.2.1 线性和二次近似技术
• 5.2.2 I-DEAS 优化设计的基本步骤
• 5.3 低边耐候钢敞车的优化模型
• 5.3.1 目标函数
• 5.3.2 设计变量
• 5.3.3 约束条件
• 5.3.4 优化的计算工况
• 5.4 优化过程
• 5.4.1 优化计算模型
• 5.4.2 优化参数设置
• 5.4.3 目标函数迭代过程
• 5.4.4 设计变量尺寸的圆整
• 5.5 优化结果分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢