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基于M2S车的宽体结构优化设计

作　者: 刘丹凤
导　师: 吴作伟
学　校: 北京交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: M2S车体宽体车强度分析模态分析尺寸优化
分类号: U266
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 56次
引　用: 2次
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内容摘要

：本文对CRH5动车组M2S车体结构进行了宽体设计,在此基础上对宽体车进行了结构强度分析和模态分析,并对其底架和车顶进行了轻量化优化。本文具体完成的工作如下：1.在满足车辆限界和车体结构设计的原则下,采取三种方案对M2S车体进行了宽体设计。2.对复杂的宽体车结构进行了分析,根据其结构特点进行了简化,在此基础上建立了有限元分析模型。3.根据欧洲《EN12663》标准,对方案—设计的宽体车结构进行了10种主要组合工况作用下的计算,分析不同工况作用下对车体强度和刚度的影响,分析了车体的不同加宽宽度对车体结构的影响,得出了车体加宽的具体方案,综合分析得出车体加宽是可行的。4.利用有限元分析软件ANSYS,对M2S宽体车结构进行了模态分析,得出了宽体车空载状态和整备状态的频率和振型,其一阶垂向弯曲频率较原车体增大,车体刚度有所增加,且大于10HZ,可以避免宽体车结构与转向架发生共振,因此从模态的角度分析,车体加宽也是可行的。5.采用优化软件OptiStruct对M2S宽体车底架和车顶进行了优化设计,以宽体车总重量为目标函数,以车体型材的厚度为变量,以底架边梁位移和应力为约束。并运用ANSYS对优化后的宽体车进行了验证分析。本文的研究工作为宽体车结构设计提供了初步的理论依据,也为宽体车优化分析提供了参考,对动车宽体结构设计的发展提供了一个方向。

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  11-12
  1.2 论文的研究意义  12-13
  1.3 论文的主要内容  13-14
  1.4 国内外宽体技术研究现状  14-17
2 M2S宽体设计  17-35
  2.1 铁路限界  17-23
    2.1.1 铁路机车车辆限界  17-19
    2.1.2 基本建筑限界  19-20
    2.1.3 计算M2S车体的最大容许制造宽度  20-23
  2.2 CRH5型车简介及结构组成  23-30
    2.2.1 CRH5车体结构  23-25
    2.2.2 M2S车体主要技术参数  25-26
    2.2.3 M2S车体主要组成部分  26-30
    2.2.4 M2S车体的材料属性  30
  2.3 宽体车结构设计  30-33
    2.3.1 车体结构设计的基本原则和要求  30-31
    2.3.2 车体结构设计的方案  31-33
  2.4 本章小结  33-35
3 M2S宽体车有限元模型的建立  35-45
  3.1 有限元发展概述  35-36
    3.1.1 有限元法的发展现状  35
    3.1.2 有限元法的应用  35-36
  3.2 宽体车模型的简化及模拟处理  36-39
    3.2.1 车体模型的简化  36-38
    3.2.2 附件质量的模拟  38-39
  3.3 单元的选择  39-41
  3.4 边界条件的确定  41-42
  3.5 有限元模型的生成  42-43
  3.6 本章小结  43-45
4 宽体车结构强度分析和模态分析  45-71
  4.1 载荷处理  45-46
  4.2 有限元仿真分析工况  46-47
    4.2.1 单一工况  46
    4.2.2 组合工况  46-47
  4.3 车体刚度和强度评价标准  47-48
    4.3.1 车体结构静强度评价标准  47
    4.3.2 车体结构刚度评价标准  47-48
  4.4 有限元仿真结果及分析校核  48-62
    4.4.1 车钩区域压缩载荷  48-50
    4.4.2 防撞击柱承受压缩载荷  50-53
    4.4.3 车钩区域牵引载荷  53-55
    4.4.4 最大垂向载荷扩大30%  55-56
    4.4.5 气密性载荷  56-58
    4.4.6 三种设计方案对比分析  58-62
  4.5 模态分析  62-68
    4.5.1 模态分析理论  62-63
    4.5.2 模态分析的提取方法  63-64
    4.5.3 模态分析的一般步骤  64-65
    4.5.4 模态分析评价标准  65
    4.5.5 M2S宽体车模态计算结果及分析  65-68
  4.6 本章小结  68-71
5 M2S宽体车底架与车顶优化  71-83
  5.1 Optistruct结构优化方法简介  71-74
    5.1.1 Optistruct迭代算法  72-73
    5.1.2 Optistruct结构优化设计流程  73-74
  5.2 Optistruct优化的数学模型  74-75
    5.2.1 设计变量  75
    5.2.2 目标函数  75
    5.2.3 约束条件  75
  5.3 优化结果  75-80
  5.4 优化车体强度校核  80-82
  5.5 本章小结  82-83
6 总结与展望  83-87
  6.1 全文总结  83-84
  6.2 不足与展望  84-87
参考文献  87-89
作者简历  89-93
学位论文数据集  93

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