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跨座式单轨车辆车体振动疲劳分析及优化
| 论文题名： | 跨座式单轨车辆车体振动疲劳分析及优化 |
| 关键词： | 跨座式单轨车辆;车体振动;结构优化;强度分析 |
| 摘要： | 重庆轨道交通3号线是我国首条自主研发运营的跨座式单轨线路，车体作为主要承载部件和安装载体，需要有足够的结构强度和疲劳可靠性以保证列车的行车安全。但在日常维护和焊缝探伤时，发现其车体底架部位存在焊缝疲劳破坏问题。为深入研究跨座式单轨车辆车体结构的疲劳破坏机理，本文结合时域与频域两种振动疲劳分析方法，基于单节的刚柔耦合动力学模型和多编组列车的动力学模型，获取车体的模态位移与相应的外载荷功率谱密度，对跨座式单轨车辆的车体进行振动疲劳分析，并就分析结果对疲劳破坏部位进行优化研究。主要研究工作如下： （1）跨座式单轨车辆车体结构的动态特性分析。通过车体结构分析，建立跨座式单轨车辆车体结构的有限元模型。基于有限元模型进行模态分析和频率响应分析，探究车体结构的动态特性，获取后续疲劳研究所需的柔性体车体模型、频响分析结果文件和模态应力结果文件。 （2）基于模态应力恢复法的车体疲劳分析。通过对跨座式单轨车辆各分总成结构分析和车辆拓扑结构的研究，建立单节的车辆刚柔耦合动力学模型。通过模态位移分析，探究车体各阶模态位移对车体振动变形的影响规律。基于模态应力恢复法获取三种典型工况的应力谱，采用名义应力法对车体进行疲劳强度分析。 （3）基于频率法的车体随机振动疲劳寿命分析。基于重庆3号线一期工程平面设计图和车钩数模参数，建立铜元局到两路口的多编组列车动力学仿真模型。获取傅里叶变换后的空气弹簧、中心销及车钩相应外载荷的功率谱密度。采用Dirlik频域法对带焊缝的车体进行随机振动疲劳寿命分析。 （4）车体焊缝疲劳优化研究。结合两种振动疲劳分析结果，根据车体各阶模态对车体振动变形的影响规律和车钩外载荷激振频率的研究，设计疲劳裂纹处的优化方案，并以车体前两阶模态固有频率最大化和裂纹处应力最小化为目标进行多目标优化研究，以提高焊缝裂纹处的疲劳性能。 本文研究工作对以后车体的动态疲劳研究和结构的优化设计提供了较好的工程指导意义和实际参考价值。 |
| 作者： | 化杨 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 杜子学 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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