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基于HyperWorks的轨道车辆零部件拓扑优化设计

作　者: 李俊勇
导　师: 万朝燕
学　校: 大连交通大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 轨道车辆 拓扑优化 有限元分析 子结构技术
分类号: U270.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着技术的发展和进步,结构的拓扑优化(包括结构的应力、固有频率、振型、阻尼、刚度和质量分布等)受到越来越多的关注,其研究热点主要集中在工程应用上近年来,轨道车辆行业发展迅速,研发设计的新型车辆结构需要满足各种性能要求。为了给研发设计人员提供更好的设计思路和解决方案,本文基于HyperWorks自带的Optistruct优化平台对轨道车辆零部件进行多种类型的拓扑优化设计,并在车体优化过程中融入子结构分析技术,在资源有限的条件下减少了重复建模工作并节约了计算时间,提高了优化效率,以达到快速解决实际问题。本文的主要研究内容如下：1.在HyperMesh中对动车组转向架ATP吊梁建立有限元模型,参照实际运行情况对计算模型添加边界条件,并进行强度分析和模态分析。定义ATP吊梁的优化模型,设计变量为单元密度,目标函数为一阶固有频率最大化,约束条件为体积分数和应力约束。设置优化参数后对ATP吊梁进行动力拓扑优化设计。2.在HyperMesh中对不锈钢轻轨车QK30车体建立有限元模型,并采用基于子结构技术的静态减缩法对车体在压缩组合工况下进行分析,输出减缩矩阵,生成子结构。定义QK30车体的优化模型,设计变量为单元密度,目标函数为体积分数最小化,约束条件为应力约束。对优化区域模型设置优化参数后进行子结构拓扑优化设计论文对转向架ATP吊梁的动力拓扑优化设计顺利达到了避开共振区域的目的,为进一步的频域响应优化和时域响应优化奠定了基础；而融入子结构分析技术的拓扑优化方法的应用大大节省了结构分析和优化时间,提高了工作效率,还在计算机资源有限的情况下扩大了拓扑优化对象的范围,对子结构技术的研究也具有重要的现实意义。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 课题的研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 轨道车辆的发展现状  10-12
    1.2.2 拓扑优化的国内外研究现状  12-14
    1.2.3 结构优化技术在轨道车辆上的应用  14-16
  1.3 论文主要研究内容  16-17
  本章小结  17-18
第二章 拓扑优化相关的基本原理与 HyperWorks 软件介绍  18-29
  2.1 拓扑优化相关的基本原理  18-25
    2.1.1 有限元方法的基本原理  18-21
    2.1.2 拓扑优化的基本原理  21-24
    2.1.3 子结构技术的基本原理  24-25
  2.2 HyperWorks 软件介绍  25-28
    2.2.1 HyperMesh 简介  26
    2.2.2 Optistruct 简介  26-27
    2.2.3 HyperView和HyperGraph简介  27-28
  本章小结  28-29
第三章 动车组转向架ATP吊梁的动力拓扑优化设计  29-40
  3.1 ATP 吊梁结构与优化背景  29-32
    3.1.1 ATP 吊梁结构简介  29-30
    3.1.2 ATP 吊梁优化设计背景  30-32
  3.2 ATP吊梁优化数学模型的建立  32-33
  3.3 ATP吊粱拓扑优化设计步骤  33-38
    3.3.1 导入文件及几何清理  33-34
    3.3.2 建立ATP吊梁有限元模型  34
    3.3.3 施加边界条件  34-35
    3.3.4 计算分析  35-36
    3.3.5 定义优化模型  36
    3.3.6 优化求解及后处理  36-38
  3.4 结果对比分析  38-39
  本章小结  39-40
第四章 不锈钢轻轨车 QK30 车体的子结构拓扑优化设计  40-57
  4.1 不锈钢轻轨车车体结构与优化背景  40-42
    4.1.1 轻轨车结构简介  40-41
    4.1.2 QK30 车体优化设计背景  41-42
  4.2 QK30车体优化数学模型的建立  42-43
  4.3 QK30车体子结构拓扑优化设计步骤  43-52
    4.3.1 建立QK30车体有限元模型  44-45
    4.3.2 施加边界条件  45-46
    4.3.3 选择优化区域并生成子结构  46-48
    4.3.4 定义优化模型并进行优化求解及后处理  48-52
  4.4 结果对比分析  52-56
  本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-61
攻读硕士学位期间发表的学术论文  61-62
致谢  62-63

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 车辆工程 > 一般性问题 > 车辆设计、计算
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