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基于双向流固耦合的200升水箱结构优化
| 论文题名： | 基于双向流固耦合的200升水箱结构优化 |
| 关键词： | 水箱;双向流固耦合;冲击工况;结构设计;高速动车组;优化设计 |
| 摘要： | 动车组车下水箱属列车必备的车下悬挂部件，以保障旅客的饮用和生活用水。因此，保证水箱结构的合理和使用安全十分重要。随着高速列车不断提速，水箱内液体在列车加减速和制动时的晃动冲击问题愈加突出。为了使水箱轻量化且能够承受更大的冲击载荷，需对水箱防波板孔径和水箱板材厚度进行优化。 本文以某高速动车组车下200L水箱为研究对象，基于双向流固耦合，对水箱的静载荷和冲击载荷工况进行分析研究，并利用优化软件集成多学科软件设计了一套水箱结构优化设计的流程，完成了满足许用应力下的水箱结构优化分析。主要完成了以下几个方面的工作: (1)几何模型的建立。利用三维造型Solidworks完成了水箱结构及流体的三维建模。 (2)有限元模型的建立。利用Hypermesh和ICEM CFD分别对箱体和流体进行网格划分。 (3)固体边界条件的设置。在Hypermesh和ANSYS中设置固体域的约束条件、分析类型和边界条件，并设置双向流固耦合的耦合面。 (4)网格的变形。分别在Sculptor中设置固体和流体网格的控制域，利用控制点实现了固体和流体网格的变形，并编写文件实现了网格的自动变形。 (5)流体边界和双向流固耦合的设置。在CFX软件中设置了流体边界条件，并设置了双向流固耦合的平台。 (6)利用ANSYS完成了对水箱静强度的分析，并利用CFX和ANSYS完成了基于双向流固耦合下的冲击载荷工况分析。利用优化软件Isight，采用试验设计方法完成了水箱水位高度对水箱应力影响的分析。 (7)水箱结构优化设计的分析。根据设计变量、约束条件和目标函数，采用多目标优化算法，利用Isight优化软件集成多学科软件完成了基于双向流固耦合的结构优化设计，并得出了最优解和最佳设计参数，使水箱最大应力在许用应力范围内，且水箱重量减轻11.2％左右。并对优化后的水箱进行了静强度和冲击强度的校核。 本文为动车组车下水箱的优化设计、分析方法提供了一定的参考。 |
| 作者： | 胡萍 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 吴作伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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