铝合金构架的可行性研究

论文摘要

本文尝试采用铝合金材料来设计转向架构架。突破传统钢制构架箱形结构形式,采用铸造铝合金和铝型材对构架各梁体分别成型,然后通过螺栓进行连接。此项研究的主要目的是在于探索采用铝合金材料制造构架的可行性。本文的研究主要内容包括以下几点:1.参照传统构架的结构形式对铝合金构架进行外形尺寸设计,确定出构架的具体成型方式—采用铸造铝合金和铝型材分别成型,然后进行螺栓连接。通过有限元分析软件ANSYS进行模拟建模,分析了型材的截面形状、外接圆半径、壁厚等因素对结构Von Mises应力和应变的影响,以及铸件的结构形状、外壁厚度和筋板厚度对结构Von Mises应力和应变的影响;根据型材梁和铸造梁的结构形式确定出了连接板的结构形式。给出了铝合金构架的结构总图。2.采用螺栓连接、铆接两种连接方式,对结构进行连接性能分析。分别从最大Von Mises应力、最大剪应力和最大位移三方面进行比较,得出采用螺栓连接的性能要好于铆接的结论。3.针对螺栓预紧力的不同模拟方法和螺栓连接的模拟方法(接触法、耦合和约束方程法)进行应力和计算机时的比较。确定了螺栓预紧力的最佳模拟方法—等效力法,也得出了耦合和约束方程方法不仅能够很好的模拟螺栓连接,而且所花机时相对较少。4.完成整体构架的设计,对其力学性能进行静强度分析,与钢制参考构架进行比较。得出结论:铝合金构架不仅满足静强度的要求,而且与参考构架相比,实现减重20%,达到了轻量化的目的。通过对铝合金构架结构等方面的初步研究,对采用铝合金材料制造构架的可行性进行了初步的探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铝合金在机车转向架上的应用
• 1.3 选题背景与意义
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 铝合金的特点
• 2.1 铝合金材料的优越性
• 2.2 铝合金的种类、成分和牌号
• 2.2.1 纯铝的基本特性
• 2.2.2 铝合金的分类
• 2.2.3 铸造铝合金的种类
• 2.2.4 变形铝合金的种类
• 2.3 铝合金的物理力学性能
• 2.3.1 物理性能
• 2.3.2 力学性能
• 2.3.3 耐腐蚀性
• 2.4 设计的一般准则
• 2.4.1 铝与钢的比较
• 2.4.2 结构应用的可能性
• 2.5 铸造铝合金的设计规范
• 2.6 变形铝合金的设计规范
• 2.6.1 型材分类
• 2.6.2 型材可挤压性
• 2.7 本章小结
• 第3章 铝合金的连接技术
• 3.1 焊接连接
• 3.1.1 常用焊接方法
• 3.1.2 焊缝的强度设计
• 3.2 机械连接
• 3.2.1 铆钉连接
• 3.2.2 螺栓连接
• 3.2.3 螺丝连接
• 3.2.4 铆钉连接和螺栓连接的强度设计
• 3.3 粘接
• 3.4 本章小结
• 第4章:铝合金构架整体结构设计
• 4.1 结构初步设计
• 4.1.1 载荷
• 4.1.2 总体结构
• 4.2 侧梁结构设计
• 4.2.1 截面设计
• 4.2.2 截面分析
• 4.2.3 截面选定
• 4.2.4 确定铸件结构
• 4.2.5 梁体间的连接结构
• 4.2.6 侧梁整体结构
• 4.3 端梁结构设计
• 4.3.1 梁体截面分析
• 4.3.2 梁体截面选择
• 4.4 侧梁与端梁的连接结构
• 4.5 一系簧座连接结构
• 4.6 构架整体结构
• 4.7 本章小结
• 第5章 铝合金构架连接结构的有限元分析
• 5.1 连接方式简述
• 5.2 连接方式比较
• 5.2.1 铆接方式
• 5.2.2 螺栓连接方式
• 5.2.3 不同连接比较
• 5.2.4 结论
• 5.3 预紧力的模拟
• 5.3.1 螺栓预紧力的模拟方法
• 5.3.2 预紧力方法的分析
• 5.3.3 预紧力方法的比较
• 5.3.4 结论
• 5.4 构架连接结构有限元分析方法比较
• 5.4.1 接触法螺栓连接分析
• 5.4.2 耦合和约束方程法螺栓连接分析
• 5.4.3 耦合和约束方程法铆接分析
• 5.5 连接方式与分析方法的确定
• 5.6 本章小结
• 第6章 铝合金构架的静强度分析与比较
• 6.1 静强度分析
• 6.1.1 静力学基础
• 6.1.2 有限元静力学分析理论
• 6.1.3 评定方法
• 6.2 有限元模型的建立
• 6.2.1 有限元模型
• 6.2.2 材料特性
• 6.2.3 约束条件
• 6.3 静强度比较
• 6.4 重量比较
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文