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地铁铝合金车体结构仿真分析与疲劳寿命预测
| 论文题名： | 地铁铝合金车体结构仿真分析与疲劳寿命预测 |
| 关键词： | 铝合金车体;有限元;静强度;疲劳寿命;尺寸优化 |
| 摘要： | 现如今，随着我国经济的迅猛发展，城镇人口大幅增长、机动车保有量急剧上升，导致交通拥堵与环境污染问题日渐突出，很大程度上制约了我国城镇化的发展进程。因此，由于效率与性价比兼顾，城市轨道交通凭借其大运量、运行速度高、安全环保与节约资源等独特优势逐渐成为该问题的最优解，在我国许多城市快速发展。然而，地铁总运营里程与车辆配置数不断增加的背后带来的是城轨收入支出始终无法达到平衡且能源消耗巨幅增长，长期制约着城市轨道交通事业的良性健康发展，为了寻求问题的解决方法，对以地铁为主的轨道车辆制造成本与安全性问题提出了更高的要求。 本文首先阐述了国内外铝合金车体的发展过程以及对车体结构仿真分析的研究现状。选择以南京地铁某B型铝合金地铁车体作为研究对象，以EN12663-2010、TB/T3115-2010、IEC60300-3等标准为主要依据，采用Abaqus、Hypermesh、Fe-safe以及Optistruct等有限元分析软件对该车体多种载荷工况下的强度、刚度、模态与疲劳等方向进行了较为全面的仿真分析。最后基于全寿命周期成本理论，对该车体结构型材板厚进行尺寸优化，使得车体整体质量减轻的同时降低了生产成本。本文主要开展的研究内容概括为以下几个部分： （1）本文第二章在Catia软件中建立了该B型铝合金车体的三维模型并导入Abaqus以及Hypermesh有限元分析软件中以进行模型的简化，包括连接方式与附件质量的模拟，随后进行网格划分。 （2）本文第三章基于EN12663-2010标准，选取3类9种计算工况，利用Abaqus软件对该车体进行了静强度分析，计算结果显示各工况下该车体各部位的最大VonMises应力均小于对应材料的屈服强度且有一定余量，表明车体可以进一步尺寸优化；同时基于TB/T3115-2010标准，对整备状态下的车体进行了自由模态分析，以保证车辆运行的平稳性、安全性与舒适性。 （3）本文第四章基于IIW标准及Miner疲劳累积损伤理论，选取4个疲劳工况，利用Fe-safe疲劳分析软件对该车体6个疲劳评估点进行疲劳强度分析，得到了对应位置的寿命云图，结果显示疲劳寿命满足规范要求。 （4）本文第五章基于全寿命周期成本理论，利用Optistruct优化软件对该车体结构型材板厚进行尺寸优化，然后将优化后车体静强度、模态与疲劳强度进行校核，目的是减轻车体整体质量，同时可以显著降低铝合金车体全寿命周期成本。 |
| 作者： | 王子业 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 安子良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海应用技术大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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