A型不锈钢点焊结构车体强度、模态、稳定性和疲劳强度的研究

论文摘要

由于不锈钢材料具有轻量化、良好的耐腐蚀性、耐磨性和强度高等特点,使得不锈钢材料在我国城市地铁中得到了日益广泛的应用,我国A型不锈钢点焊结构车体按照轻量化设计并且它的强度、稳定性和疲劳性能等方面采用了国际上的最高标准。因此它的可靠性,稳定性和抗疲劳性能等就变得愈加重要。本文以某城市地铁不锈钢点焊结构A型车体为研究对象,在车体的设计阶段,运用计算机数值模拟技术对车体进行性能仿真分析。具体内容如下：首先,依据工厂提供的不锈钢车体的几何模型及焊接关系图纸对头车车体进行合理的简化,建立了仿真研究的力学模型。以《EN12663-2000铁路应用-铁道车辆车体结构要求》标准为基础并结合工厂提供的计算任务最终确定车体强度分析的8种载荷工况,并对8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,并提出改进建议。其次,应用ANSYS软件中Lanczos方法对钢结构车体和整备状态下车体进行模态分析,分别得到了车体一阶扭转频率和一阶垂向弯曲的自振频率,并做了对比分析。然后,基于线性屈曲的算法原理,在车钩压缩力1500KN作用下对车体原始方案进行稳定性分析,车体前端地板,枕内波纹地板等多处屈曲因子小于1.0的部位不满足设计要求并进行了3次改进方案,依据改进方案3的计算结果,对车体提出改进建议,最终使车体达到工厂设计的要求。最后,基于BS7608-1993标准,并根据工厂提供的疲劳计算任务确定垂向载荷工况1,横向载荷工况,纵向载荷工况和垂向工况2四种疲劳载荷工况对车体母材,角焊,点焊处进行疲劳强度分析,并计算累积损伤比,计算结果表明：车体各部位的疲劳强度均满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 不锈钢点焊结构车体发展现状
• 1.3 不锈钢点焊结构车体性能仿真研究发展现状
• 1.3.1 不锈钢点焊结构车体强度研究的发展现状
• 1.3.2 不锈钢点焊结构车体稳定性研究的发展现状
• 1.3.3 不锈钢点焊结构车体疲劳强度研究的发展现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 本章小结
• 第二章 不锈钢点焊车车体的强度分析
• 2.1 不锈钢点焊车车体结构简介
• 2.2 静强度与刚度评价标准
• 2.3 有限元法的基本原理
• 2.4 车体有限元模型
• 2.4.1 单元类型
• 2.4.2 有限元模型
• 2.4.3 载荷和位移边界条件
• 2.5 计算结果
• 2.5.1 刚度结果
• 2.5.2 静强度结果
• 2.6 车体结构改进
• 本章小结
• 第三章 不锈钢车体的模态分析
• 3.1 车体模态的算法原理
• 3.2 车体模态的评价标准
• 3.3 车体钢结构模态分析
• 3.4 车体整备状态下车体模态分析
• 3.5 两种模态分析结果对比
• 本章小结
• 第四章 不锈钢车体的结构稳定性分析
• 4.1 结构稳定性算法原理
• 4.1.1 结构稳定性的基本概念
• 4.1.2 线性屈曲的基本理论
• 4.1.3 线性屈曲与几何非线性屈曲问题的特性对比
• 4.2 评价标准
• 4.3 车体原方案结构稳定性分析
• 4.4 车体改进方案1、方案2和方案3的结构稳定性分析
• 4.4.1 车体改进方案1分析结果
• 4.4.2 车体改进方案2分析结果
• 4.4.3 车体改进方案3的分析结果
• 4.5 车体四种方案结构对比及改进建议
• 本章小结
• 第五章 不锈钢点焊结构车体疲劳强度的研究
• 5.1 不锈钢点焊结构车体焊接工艺特点
• 5.2 疲劳载荷
• 5.3 疲劳评价标准体系
• 5.4 BS标准
• 5.5 基于BS标准的车体疲劳强度评估
• 5.5.1 车体疲劳载荷工况
• 5.5.2 疲劳强度分析
• 5.5.3 累积损伤比
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 致谢