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复合材料空心板结构列车底架的设计研究
| 论文题名： | 复合材料空心板结构列车底架的设计研究 |
| 关键词： | 复合材料;空心板结构;有限元方法;列车底架;优化设计 |
| 摘要： | 以单向纤维复合材料管为夹芯的复合材料空心板结构具有轻质、抗弯刚度高、纵向抗压性能好等特点，有利于磁悬浮列车的承载、减重、提速和节能减排。本文以某磁悬浮列车轻量化研究为背景，对恶劣工况下复合材料空心板的纵向压缩性能和垂向抗弯性能进行了研究，筛选出了适合运行工况要求的矩形芯管空心板构型，然后对此构型的复合材料空心板结构列车底架进行了设计与优化，制备了复合材料空心板结构列车底架缩比件，并对芯管和空心板构件进行了性能测试。 首先，对相等质量和相同外形尺寸条件下的三角形芯管、等腰梯形芯管、直角梯形芯管、DuraSpan芯管、矩形芯管、圆形芯管等六种构型复合材料空心板，在相同的载荷和约束下进行仿真分析，对比整体最大变形量、纵向最大位移量、横向最大位移量以及最大应力比，结合工艺条件分析，发现矩形芯管复合材料空心板是最合适的构型。 然后，分别对矩形芯管复合材料空心板结构的上面板厚度、下面板厚度、上下面板的铺层角度、芯管壁厚等参数进行敏感性分析，确定出这些参数的范围，并结合零阶优化法对各参数进行优化设计，优化后的列车底架比铝合金列车底架减重26.85％，在350KN的载荷作用下，纵向最大位移为0.52mm，最大弯曲挠度为2.98mm，芯管的最大应力比为0.499，面板的最大应力比为0.278，均满足车底架的设计要求。 最后，探索了复合材料空心板结构车底架的制备工艺。采用拉挤成型工艺制备了单向纤维增强的复合材料芯管，以多墙体真空导入模塑成型工艺制备了复合材料空心板结构列车底架缩比件。对复合材料空心板结构件，包括拉挤成型单向芯管进行了部分力学性能测试。综合试验结果表明，以单向纤维增强矩形管为夹芯的复合材料空心板结构纵向抗压性能好，抗弯刚度高，质量轻，方便整体成型，符合列车底架轻量化设计要求。 |
| 作者： | 黎缘 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 刘钧 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 国防科学技术大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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