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基于有限元的CRH2型车体结构疲劳强度分析
| 论文题名： | 基于有限元的CRH2型车体结构疲劳强度分析 |
| 关键词： | 动车组车体;气动载荷;疲劳强度;有限元计算;三维几何模型 |
| 摘要： | 动车组的车体是其主要的承载结构，运行中承受各种复杂的动态载荷，而车体的疲劳强度是保证列车运行安全性、可靠性的关键因素。研究表明当列车运行速度达到200km/h及以上时，车体所受的疲劳载荷除了传统的机械交变载荷之外，气动载荷对车体疲劳强度的影响也越来越不可忽略。本文在建立CRH2型动车组头车车体有限元模型的基础上，分析在气动载荷以及传统机械交变载荷共同作用下车体的疲劳强度。 首先，确立头车车体的计算模型。在充分研究了车体的结构形式后，在等强度原则的基础上，利用等效截面法将中空车体结构简化为实体结构，并且合理地简化细节，运用SolidWorks三维设计软件建立车体的三维几何模型。然后打开Workbench软件的模型设计平台调入建立好的几何模型，并将其结构离散化，得到车体的有限元模型。 其次，通过查阅高速列车气动载荷的相关文献，将车体的气动载荷分为高速会车、隧道通过以及隧道内会车这三种工况，并将这三种工况的气动载荷分别与机械疲劳载荷相组合，对车体结构的疲劳强度进行分析。通过Workbench软件的瞬态分析功能，向车体加载三种工况下的压力波－时间载荷以及机械疲劳载荷，通过有限元计算获取车体所有节点的应力—时间历程。绘制出车体主要材料A7N01S的修正Goodman疲劳极限图，并采用最大主应力法将多轴应力转化为单轴应力，然后将所有时间点的应力均值和幅值在Goodman疲劳极限图内打点，评价车体的疲劳强度。 此外，按照车体强度校核标准的要求，疲劳强度应分别从疲劳极限图和疲劳周次两方面评价。在瞬态分析的基础上，运用Workbench软件的疲劳分析工具（FATIGUE TOOL），选择基于应力的疲劳程序模块Stress Life，选择Goodman平均应力修正理论，并输入车体材料的S-N曲线等，预测车体的使用寿命，计算车体的安全系数以及损伤。 最后，为了对动载荷作用下的车体的疲劳强度进行全面分析，本文在阐述模态分析理论及车体模态分析意义的基础上，对车体的自由模态进行分析。通过Workbench软件的模态分析功能，完成对头车整体在自由状态下的模态分析，并提取前30阶模态的固有频率值，以及车体低阶模态的垂向弯曲、扭转变形的振型图，最后参照相关标准对车体的模态做出评价。 |
| 作者： | 王新梅 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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