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高速列车车体结构分析及优化方法研究
| 论文题名： | 高速列车车体结构分析及优化方法研究 |
| 关键词： | 高速列车车体;静强度;可行方向法;灵敏度分析;轻量化 |
| 摘要： | 高速列车的高速化和现代化使车体结构承受更为复杂的载荷作用，可能导致车体结构强度、刚度减少和乘坐舒适性下降等问题。对车体结构进行轻量化研究，可实现降低材料成本、减少牵引功耗、提高列车运行速度和增加高速列车和线路的使用寿命。车辆在运营中各部件承受不同方向和大小的载荷作用，为达到车体结构轻量化的目标，需保证车体结构强度和刚度满足标准要求。 首先，对车体结构静强度常用标准进行对比分析，确定合适的载荷工况对车体结构进行有限元计算，选择典型的5种工况进行详细的车体结构静强度分析。不同的载荷工况下车体结构最大应力为208.1MPa，小于车体材料的许用应力，表明车体静强度满足标准要求;对垂向载荷工况和扭转载荷工况进行分析，得到车体的相当弯曲刚度值和扭转刚度值分别为2.8007×109 N·m2和10.837×108 N· m2/rad，均大于标准的参考值，表明车体刚度满足要求。 其次，对比例车体进行不同边界条件下的计算模态和试验模态分析，三种不同弹簧约束下结构的试验模态垂向频率与自由模态频率的误差值分别为2.545％、2.961％和4.812％，验证有限元建模方式的准确性。对比例车体进行四种不同优化平台和优化算法的优化研究，对比分析知OptiStruct中的可行方向法具有迭代次数少、计算耗时短、优化效果好等优势。 最后，在OptiStruct中建立车体结构优化模型，对车体进行灵敏度分析以确定合适的设计变量;分别利用连续设计变量和离散设计变量对车体结构进行优化，连续设计变量和离散设计变量优化后车体质量分别减少1.97453t和1.99174t，减轻了24.094％和24.679％。对优化后的车体结构进行性能校核，最大应力分别为179.7MPa（连续）和177.5MPa（离散），均小于材料的许用应力值;相当弯曲刚度为2.1656×109N·m2，扭转刚度均为10.748×108N·m2/rad，均大于标准参考值;优化后车体结构低阶模态频率均不小于优化初始值，表明优化后的车体结构满足性能要求。 本文研究表明，对车体等大型复杂结构选用合适的优化平台和算法可有效实现结构的轻量化设计，同时保证优化后的车体结构满足强度、刚度和模态频率等性能要求。 |
| 作者： | 史艳民 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 缪炳荣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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