基于子模型的铁路车辆结构强度精细计算

论文摘要

子模型法是有限元法的一项高级分析技术,在有限元分析中有着非常广泛的应用价值。子模型法在解决复杂应力应变问题时具有高效率和高精度的优点,但其分析步骤繁琐,过程比较复杂,在实V际应用中容易出现操作错误。为了使其在车辆强度计算中得到推广,本文通过对某型铁路货车车体的强度分析,针对货车车体结构的特点,运用子模型法完成了对其关键部位的精细分析,并就其使用方法和特点作了研究。ANSYS提供的子模型技术是在整体模型的分析结果的基础上,通过模型切割截取关键部位模型,并对局部区域重新划分更精细的网格,施加该局部区域模型实际承受的外载荷和边界条件,并把整体模型在切割边界上的位移作为位移强制载荷施加到局部模型的边界上,重新进行分析求解,从而获取局部区域模型上更精确的结果。本文分别应用HyperMesh、ANSYS和I-DEAS软件,对某新型铁路货车车体整体模型进行了静强度有限元分析,并成功应用子模型法对该铁路货车车体关键部位进行了有限元强度精细计算。首先,根据车体的对称性结构建立四分之一几何模型;其次,在HyperMesh中采用实体单元建立有限元分析模型,共生成节点460088个,单元247339个,其中六面体241754个,五面体单元5584个,刚性单元1个,并提出了两种不同的建模方法,分别建立“全连接模型”（模型一）和“模拟焊缝连接模型”（模型二）,按纵向载荷（拉伸和压缩）、垂向载荷和扭转载荷工况分别进行加载;然后,导入ANSYS中完成对车体整体模型的静强度有限元分析,将其计算结果与试验结果进行对比,确定出在不同工况下的合理的有限元模型,然后,按最大可能组合的原则予以应力合成,验证模型在合成应力下满足强度要求;最后,运用子模型技术,对不同工况下合理的有限元模型进行有限元精细分析计算,得到较整体模型更为接近试验数据的结果,从而更好的实现对货车关键部位的精细计算,为以后基于子模型法的各种货车以及客车的精细计算打下基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 子模型法的发展状况
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 基本理论及评定标准介绍
• 2.1 有限元法简介
• 2.2 子模型法简介
• 2.3 车辆结构强度及评定标准
• 本章小结
• 第三章 车体有限元分析主模型的建立
• 3.1 车体结构及主要技术参数
• 3.1.1 车体结构
• 3.1.2 车体主要技术参数
• 3.2 车体有限元模型的建立
• 3.2.1 车体几何模型的简化
• 3.2.2 有限元网格的划分
• 3.2.3 纵向载荷工况下对模型的处理
• 3.2.4 垂向载荷工况下对模型的处理
• 3.2.5 扭转载荷工况下对模型的处理
• 3.2.6 对车体中侧门及下侧门的处理
• 3.3 边界条件的确定
• 3.3.1 对称边界条件的应用
• 3.3.2 心盘约束的确定
• 3.4 载荷的施加
• 3.4.1 自重
• 3.4.2 纵向载荷
• 3.4.3 垂向载荷
• 3.4.4 扭转载荷
• 本章小结
• 第四章 车体主模型静强度计算值与试验结果对比分析
• 4.1 拉伸工况下的计算值与试验结果对比分析
• 4.2 压缩工况下的计算值与试验结果对比分析
• 4.3 垂向载荷工况下的计算值与试验结果对比分析
• 4.4 扭转载荷工况下的计算值与试验结果对比分析
• 4.5 合成工况
• 本章小结
• 第五章 子模型技术的应用
• 5.1 在纵向拉伸工况下子模型法对车体静强度分析的应用
• 5.1.1 采用相对稀疏网格进行总体模型分析
• 5.1.2 创建相对精细网格的子模型
• 5.1.3 写出子模型切割边界节点文件
• 5.1.4 依据总体模型结果插值子模型切割边界与体载荷定义文件
• 5.1.5 读入切割边界位移定义并施加子模型载荷
• 5.1.6 验证切割边界及计算结果比较
• 5.2 在纵向压缩工况下子模型法对车体静强度分析的应用
• 5.2.1 创建子模型
• 5.2.2 验证切割边界及计算结果
• 5.3 在垂向载荷工况下子模型法对车体静强度分析的应用
• 5.3.1 创建子模型
• 5.3.2 验证切割边界及计算结果
• 5.4 在扭转载荷工况下子模型法对车体静强度分析的应用
• 5.4.1 创建子模型
• 5.4.2 验证切割边界及计算结果
• 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