高速机车司机室混杂结构设计与优化

论文摘要

本文以正在服役的钢制哈车(出口哈萨克斯坦)机车司机室为设计原型,在充分发挥复合材料优异的承载性能基础上,结合树脂膜熔渗工艺(RFI)特点研究设计复合材料整体司机室。在不降低司机室安全性前提下,利用有限元分析软件ANSYS对复合材料司机室进行优化设计,使司机室各部件受力、变形趋于合理,减少材料用量,达到减轻司机室自重的目的。本研究广泛吸取国内外复合材料司机室先进设计、制造经验,将复合材料司机室设计成混杂结构形式。该混杂结构司机室主要由钢骨架和玻璃钢泡沫夹芯结构组成。由于钢骨架密度大,其重量在司机室中所占比例大,同时玻璃钢泡沫夹芯结构材料用量大且成本高。因此,混杂结构司机室优化设计工作主要围绕钢骨架和玻璃钢泡沫夹芯结构展开。全文主要工作如下:(1)设计复合材料司机室合理结构形式。结合工艺特点,对钢骨架和泡沫夹芯结构组成进行初步设计。(2)对ANSYS优化设计的功能模块以及优化设计的基本理论方法做了深入探讨。(3)结合优化设计工作实践,深入挖掘开发了ANSYS软件所提供的技术工具和APDL语言,实现了复杂的参数化有限元建模。并对玻璃钢泡沫夹芯结构进行面板、芯材厚度以及芯材的选材进行优化设计。(4)进行钢骨架板梁厚度优化设计。优化设计后的复合材料混杂结构司机室在满足安全性要求的前提下,比原钢制司机室减重约40%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图目录
• 表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 复合材料概述
• 1.2 复合材料在列车上的应用
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.2.3 国内外发展趋势
• 1.3 复合材料司机室研究意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 复合材料司机室结构设计
• 2.1 复合材料司机室结构设计原型
• 2.2 复合材料司机室结构形式设计
• 2.3 混杂结构司机室设计
• 2.3.1 钢骨架设计
• 2.3.2 玻璃钢夹芯结构设计
• 2.4 小结
• 第三章 司机室混杂结构优化设计
• 3.1 ANSYS概述
• 3.1.1 ANSYS功能模块
• 3.1.2 ANSYS的优化模块
• 3.2 有限元模型
• 3.2.1 几何模型建立
• 3.2.2 网格划分和单元类型
• 3.2.3 SHELL91 单元理论基础
• 3.2.4 施加约束和载荷
• 3.3 初始设计计算结果
• 3.4 玻璃钢泡沫夹芯结构优化设计
• 3.4.1 优化设计对象的选取
• 3.4.2 优化设计方案
• 3.4.3 玻璃钢夹芯结构优化
• 3.4.4 泡沫夹芯结构优化设计结果分析
• 3.4.5 泡沫夹芯结构优化结论
• 3.5 钢骨架优化设计
• 3.5.1 优化计算过程
• 3.5.2 优化设计结果
• 3.6 小结
• 第四章 司机室优化设计实际取值和结果分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文工作的总结
• 5.2 列车复合材料结构发展展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2