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地铁转向架齿轮箱吊座拓扑优化

作　者: 熊德伟
导　师: 柳拥军
学　校: 北京交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 地铁车辆转向架构架静强度疲劳强度有限元分析齿轮箱吊座拓扑优化
分类号: U270.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 89次
引　用: 1次
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内容摘要

北京地铁复八线上运行的车辆自1999年8月投入使用,如今服役时间已经超过大修的期限。本文针对复八线地铁转向架大修中发现的问题,即转向架构架局部结构如齿轮箱吊座、电机吊座等出现的裂纹,对该车辆转向架构架上齿轮箱吊座进行了相应的结构优化改进。转向架构架是车辆最重要的承载部件,承受着来自车体和轮对的各种静、动载荷以及各安装零部件的工作载荷,其可靠性直接影响车辆的运行安全。齿轮箱吊座起着传递牵引力、固定齿轮箱的重要作用,如果裂纹继续发展导致构架损坏,地铁乘客的生命将受到威胁。因此,对转向架构架强度的研究及齿轮箱吊座等结构的优化具有重要意义。首先,运用三维建模软件Pro/E建立转向架构架实体模型,通过Hypermesh划分网格以后,将模型导入有限元分析软件ANSYS11.0,进而生成构架的有限元模型。其次,参考UIC 615-4 OR《转向架构架结构强度试验》和TB/T 2368-2005《动力转向架构架强度试验方法》,对转向架构架分别进行静强度和疲劳强度评价,分析表明,构架强度基本满足要求。再次,建立齿轮箱吊座的结构优化模型,利用OptiStruct软件对齿轮箱吊座进行拓扑优化,并在拓扑优化的基础上设计出新的吊座,对优化后的吊座进行强度校核和分析。结果表明,优化后的齿轮箱吊座强度和刚度均有所增大。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
第1章绪论  10-16
  1.1 选题背景及意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 有限元法简介  11-13
  1.4 结构优化设计概述  13-14
  1.5 论文主要研究内容  14-16
第2章转向架构架强度评价及结构优化设计理论  16-26
  2.1 转向架构架强度评价  16-20
    2.1.1 转向架构架强度评价标准  16-19
    2.1.2 转向架构架强度评价理论  19-20
  2.2 结构优化设计  20-24
    2.2.1 结构优化设计分类  20-21
    2.2.2 结构优化设计数学模型  21-24
  2.3 本章小结  24-26
第3章转向架结构及构架有限元模型建立  26-34
  3.1 构架的结构形式  26-28
  3.2 构架三维实体建模  28-31
  3.3 构架构架有限元模型  31-32
    3.3.1 构架结构离散模型  31-32
    3.3.2 边界条件  32
  3.4 本章小结  32-34
第4章转向架构架强度分析  34-54
  4.1 构架静强度分析  34-41
    4.1.1 超常载荷计算  34-36
    4.1.2 载荷工况  36-37
    4.1.3 超常载荷静强度分析  37-41
  4.2 构架疲劳强度分析  41-52
    4.2.1 模拟运营载荷计算  41-43
    4.2.2 载荷工况  43-44
    4.2.3 模拟运营载荷疲劳强度分析  44-52
  4.3 本章小结  52-54
第5章齿轮箱吊座结构优化  54-72
  5.1 Optistruct结构优化设计  54-56
    5.1.1 Optistruct概述  54-55
    5.1.2 OptiStruct结构优化设计流程  55-56
  5.2 变密度法结构拓扑优化  56-58
  5.3 齿轮箱吊座结构拓扑优化  58-64
    5.3.1 齿轮箱吊座三维模型的建立  58-59
    5.3.2 齿轮箱吊座有限元模型建立  59
    5.3.3 齿轮箱吊座优化分析  59-64
  5.4 基于拓扑优化的新吊座设计  64-67
    5.4.1 焊接结构的设计要求  64-66
    5.4.2 新吊座三维设计模型  66-67
  5.5 齿轮箱吊座优化前后分析  67-70
    5.5.1 优化后吊座强度校核  67-68
    5.5.2 吊座优化前后比较  68-70
  5.6 本章小结  70-72
第6章结论与展望  72-74
  6.1 结论  72
  6.2 展望  72-74
参考文献  74-76
附录A  76-78
作者简历  78-82
学位论文数据集  82

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