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高速列车车体快速设计技术研究

作　者: 刘屈武
导　师: 何朝明
学　校: 西南交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 高速列车自顶向下快速设计构件有限元
分类号: U270.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 141次
引　用: 2次
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内容摘要

铁路运输业是我国最主要的物流运输方式。高速铁路运输作为国家未来铁路的发展方向,其重要意义不言而喻。尽管目前我国成功设计了CRH1、CRH2、CRH3和CRH5等型号的高速列车,但是与法、德、日等高铁技术发达的国家相比,在高速列车设计技术上还存在不少差距：高速列车产品设计理念落后,在车体设计模型阶段对于设计经验、设计成果等设计重用的运用率不高；没有合理解决整个高速列车产品设计各个部分之间的信息孤岛问题,使得设计模型在进行有限元分析时建立有限元仿真模型困难,有限元模型修改过程繁琐。本文以高速列车车体为设计对象,重点解决了两个问题：基于设计重用的设计模型建立；设计模型向有限元仿真模型的自动转换,提高了车体产品设计过程中模型的设计和修改的效率。论文的主要工作如下：研究国内外产品快速设计理念的发展情况和大型复杂产品(飞机、轮船等)的有限元仿真模型数据集成实现方法。根据高速列车车体的零件结构特点,提出基于构件的复杂骨架型结构产品的设计方法。研究高速列车设计特点和车体结构特点,研究面向高速列车车体设计的构件理论和构件组成,具体论述了通过自顶向下技术(Top-Down)和面向强力拷贝快速建模技术(Powercopy)如何对车体构件进行设计。最后建立基于构件的车体三维设计模型。详细研究如何从三维设计模型中获取几何数据信息和构件属性生成有限元仿真模型,并提出车体网格模型硬点硬线生成算法,并对于有限元仿真模型的修改和检查算法进行研究。最后研究有限元仿真模型的数据结构和数据输出方式,提出一种先通过生成适合整个设计阶段的模型数据文件(中性文件),再生成适合NASTRAN接口的BDF文件的输出方法。基于以上研究,开发车体CAD设计模型向CAE仿真模型自动生成的系统,并通过实例验证,建立车体的有限元仿真模型和中性文件。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-18
  1.1 论文研究背景和课题的提出  11-15
    1.1.1 研究背景  11-12
    1.1.2 课题的提出  12
    1.1.3 论文研究的国内外现状  12-15
  1.2 论文研究内容和实现路线  15-18
    1.2.1 论文研究内容简介  15
    1.2.2 论文实现路线  15-16
    1.2.3 论文的章节安排  16-18
第2章设计工具与开发语言的选择及简介  18-26
  2.1 设计工具和开发语言的选择  18-20
    2.1.1 设计工具的选择  19
    2.1.2 开发语言选择  19-20
  2.2 CATIA V5介绍  20-22
  2.3 CAA V5介绍  22-25
    2.3.1 CAA架构与开发环境简介  22-23
    2.3.2 CAA开发的基本知识  23-25
    2.3.3 本文需要的主要接口简介  25
  2.4 本章小结  25-26
第3章基于构件理论的车体三维模型设计研究和实现  26-36
  3.1 引言  26
  3.2 构件理论介绍  26-27
    3.2.1 本文中构件的概念  26
    3.2.2 构件的结构组成  26-27
  3.3 高速列车车体构件设计  27-29
    3.3.1 高速列车车体设计特点分析  28
    3.3.2 基于构件的车体设计具体细节  28-29
  3.4 设计模型的零件简化信息设计  29-32
    3.4.1 车体设计模型的有限元模型简化方法  29-31
    3.4.2 零件的简化属性设置规则  31-32
  3.5 基于构件的车体设计实例  32-35
  3.6 本章小结  35-36
第4章车体有限元仿真模型的自动生成机制研究  36-55
  4.1 车体设计中基于设计模型的有限元仿真模型自动生成的必要性  36
  4.2 设计模型数据向有限元仿真模型的自动转化接口设计主要思路  36-37
  4.3 三维设计模型数据向有限元仿真模型数据映射机制  37-39
  4.4 网格模型的生成和编辑  39-45
    4.4.1 自动建模算法  39-41
    4.4.2 最小多边形生成算法  41-44
    4.4.3 网格模型的编辑  44-45
  4.5 载荷与约束自动加载  45-46
    4.5.1 车体载荷和约束简介  45
    4.5.2 载荷与约束生成研究  45
    4.5.3 载荷与约束的可视化设置  45-46
  4.6 模型检查  46-54
    4.6.1 设计模型简化信息完备性检查  46-48
    4.6.2 网格模型质量检查  48-54
  4.7 本章小结  54-55
第5章有限元模型生成系统数据文件输入输出研究  55-69
  5.1 引言  55
  5.2 系统输入与输出文件关系  55-56
  5.3 设计模型数据加载方式的定义  56-57
    5.3.1 直接加载设计模型  56
    5.3.2 通过XML文件加载  56-57
  5.4 输出文件数据生成研究  57-67
    5.4.1 NASTRAN输入数据格式简介  57-60
    5.4.2 中性文件的数据定义  60-67
  5.5 本章小结  67-69
第6章高速列车车体快速设计系统实现  69-83
  6.1 基于CAA的系统设计关键问题解决方案  69-73
    6.1.1 CAA中零件精确干涉检测算法研究  69-72
    6.1.2 CAA中XML文件读写技术  72-73
  6.2 系统的数据结构介绍  73-76
    6.2.1 系统数据结构关系  73-75
    6.2.2 节点数据结构  75
    6.2.3 单元数据结构  75-76
    6.2.4 材料数据  76
  6.3 系统的模块设计  76-80
    6.3.1 系统结构  76-77
    6.3.2 系统接口设计  77-78
    6.3.3 系统功能模块设计  78-80
    6.3.4 系统配置  80
  6.4 实例验证  80-81
  6.5 本章小结  81-83
第7章总结与展望  83-85
致谢  85-86
参考文献  86-89
攻读硕士期间发表论文及科研成果  89

高速列车车体快速设计技术研究

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