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高速动车组铝合金车体结构分析及基于灵敏度分析的优化

作　者: 郭祥涛
导　师: 宋永增
学　校: 北京交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 强度分析 有限元计算 子模型法 灵敏度分析 结构尺寸优化
分类号: U266
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 134次
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内容摘要


中国高速列车自全方位引进国外高速动车组技术至今,取得了很大的成绩。在全国范围内的主要城市及经济发展区建立了城际高速动车网络,如京津高铁、武广高铁以及新进试运营的京沪高铁。根据适用地区及使用要求等原因我国引进消化吸收并国产化了CRH1、CRH2、CRH5、CRH3共四种型号的动车组。其中CRH3型动车组是唐山客车厂引进德国西门子公司的高速列车技术打造未来中国特高速列车的项目,其中唐山客车厂负责进行TC07车车体的国产化。唐山客车厂委托青岛四方机车厂在2008年对CRH3型动车组国产化TC02车车体进行静强度试验。本文研究的是国产化的TC07车车体,其与TC02车车体具有相似的结构构造。因此本文便参照TC02车车体静强度试验报告,利用有限元仿真技术及基于有限元软件ANSYS的车体强度计算方法对车体进行多工况下的静强度计算。并依据材料的许用应力,分析计算结果的有效性及与试验结果的吻合度,作为车体性能评估的计算依据。为TC07车车体国产化打下良好的基础。本文在进行静强度评估的基础上,对车体的动态性能进行了研究。利用有限元软件ANSYS进行了车体空车及整备状态一阶垂向弯曲模态的计算,其频率分别为18.193Hz和10.244Hz均满足国际通用标准。证明了车体具有较好的动力学性能。本文针对TC07车车体进行轻量化研究,主要利用灵敏度分析理论,着重分析车体的18个主要部件对质量、约束等的灵敏程度。找到在满足车体刚度、强度性能下对车体质量减轻最敏感的部位,然后针对这些敏感部位重新设置变量,利用有限元软件hypermesh中的optistruct模块进行优化计算,获得车体轻量化结果,车体重量从4.97012t下降至4.5573t,下降了8.3%。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-17
  1.1 论文的研究背景与意义  11-12
    1.1.1 论文研究背景  11
    1.1.2 研究意义  11-12
  1.2 高速动车组车体研究现状  12-13
  1.3 有限元技术在车体结构设计中的应用  13-14
  1.4 论文主要研究内容  14-17
2 TC07车体有限元模型建立及强度分析  17-33
  2.1 实体模型的基本结构和参数  17-19
    2.1.1 TC07车体参数  17-18
    2.1.2 TC07车体结构  18-19
  2.2 车体离散模型的建立  19-20
    2.2.1 车体的离散模型  19
    2.2.2 边界条件  19-20
  2.3 TC07车体强度分析  20-32
    2.3.1 载荷处理  20
    2.3.2 车体强度评定标准  20-21
    2.3.3 计算工况  21-22
    2.3.4 计算结果分析  22-29
    2.3.5 局部强度分析  29-32
  2.4 本章小结  32-33
3 TC07车体模态分析  33-47
  3.1 模态分析理论基础  33
  3.2 模态特征值问题  33-36
  3.3 模态的评定及标准  36
  3.4 模态的计算结果及分析  36-42
  3.5 试验模态的介绍  42-45
  3.6 计算模态结果与试验模态结果对比分析  45-46
  3.7 本章小结  46-47
4 基于灵敏度分析的铝合金车体的结构优化  47-75
  4.1 结构灵敏度分析理论  47-53
    4.1.1 使用灵敏度分析的原因  48-49
    4.1.2 灵敏度分析的分类及方法  49-51
    4.1.3 车体结构参数灵敏度分析方法  51
    4.1.4 位移灵敏度分析的拟载荷法  51-52
    4.1.5 应力灵敏度分析  52-53
  4.2 结构优化的一般优化过程  53-54
  4.3 车体轻量化研究的基本方法  54-57
    4.3.1 车体轻量化方案的确定  54-55
    4.3.2 OptiStruct结构优化方法简介  55-56
    4.3.3 车体结构尺寸优化的过程  56-57
  4.4 车体结构灵敏度分析与优化设计  57
  4.5 车体优化方案一的计算  57-64
    4.5.1 方案一优化参数的确定  57-61
    4.5.2 方案一优化结果分析  61-64
  4.6 车体优化方案二的计算  64-70
  4.7 两种方案的结果对比分析  70-73
  4.8 本章小结  73-75
5 结论与展望  75-77
  5.1 结论  75-76
  5.2 存在的不足及展望  76-77
参考文献  77-79
作者简历  79-83
学位论文数据集  83

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 机车工程 > 动车、动车组（动力列车）
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