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基于超单元法的地铁车辆铝合金车体轻量化研究
| 论文题名： | 基于超单元法的地铁车辆铝合金车体轻量化研究 |
| 关键词： | 地铁车辆;铝合金车体;轻量化设计;超单元法 |
| 摘要： | 随着城市化进程不断推进，大中型城市交通拥堵问题变得尤为突出，对城市轨道交通的要求也大大提高。在这样的研究背景下，本文以满足车体结构的强度和刚度为前提，提出对某铝合金地铁车辆的轻量化分析方案。通过对车体减重，实现减少制造成本、减轻行驶过程中的振动和噪声，并且有效延长车辆和线路的使用寿命。 首先介绍了有限元高级分析技术——超单元法的理论基础，即静力凝聚理论。并且通过2个算例分别从理论解角度和有限元解角度来对比分析超单元法和常规解法的计算结果，证明两者的计算结果均真实可靠。还针对ANSYS平台中超单元法的使用方法，详细介绍了超单元的建立、调用、结果扩展的分析步骤以及使用过程中的相关注意事项。其次，对车体进行合理的有限元建模，并将计算模型分为9个超单元，根据相关标准选择5个有代表性的静强度工况和整备状态下的自由振动，分析车体结构的强度和刚度。将超单元计算结果扩展到整车，在超单元部件中分别任意选取9个测点，对超单元法和常规解法的测点应力进行对比，验证其可靠性。 考虑到现有的常用优化软件OptiStruct在优化过程中，不能同时进行静态和动态分析的特点，引入了结构静力刚度，并且从结构静力刚度灵敏度的角度分析各个超单元部分对整车的刚度贡献率，通过对5个静强度工况下各个部件的贡献率分析，得到底架牵引梁和端梁对整车的刚度影响最大的结论。该结论作为车体优化中设计变量选择的重要参考依据，对车体结构进行了轻量化分析。最后，对优化后的模型进行静强度和模态校核，均满足标准要求。优化结果显示，车体钢结构总重从7389kg降至6395kg，降低13.45％，轻量化效果明显。 本文将超单元法引入车体的轻量化分析中，根据其在整车环境中各个部件的独立性的特点，分析超单元部分的静力刚度灵敏度。基于灵敏度分析来选择合理的优化变量变量，有效地实现了车体的轻量化。 |
| 作者： | 郑若瑜 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 阳光武 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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