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铝合金地铁车体静动态特性及车内声学模态研究
| 论文题名： | 铝合金地铁车体静动态特性及车内声学模态研究 |
| 关键词： | 铝合金A型地铁车体;有限元分析;静力学特性;模态分析;谐响应理论;声学模态 |
| 摘要： | 城市轨道车辆按车体宽度分，有A、B、C三种形式，其中A型车宽度为3m，B型车宽度为2．8m，C型车宽度为2．6m左右；按车体材料分，有耐候钢车、不锈钢车和铝合金车。本文以铝合金A型地铁不带导电弓的C型车厢为研究对象。 本文主要研究内容及结论如下： (1)基于PRO/E平台建立了铝合金A型地铁车体各模块及整车的CAD装配模型，为建立车体的有限元模型打下基础。 (2)将在PRO/E中建立的CAD模型导入HypeMesh软件中，对其结构进行简化和重构，提取中面，划分网格并处理零件间的接触面，建立车体各模块和整车的有限元模型。 (3)基于地铁车辆设计标准，选择了垂直过载载荷和车端压缩载荷两种典型工况对车体进行了静力学有限元计算。分析结果表明：车体在这两种工况下应力应变均在许可范围之内，具有良好的静力学特性。 (4)基于模态分析基本理论，对车体铝合金承载结构和整备状态进行了模态分析，其中整备状态下按空调机组和门窗的模拟方式不同又分了两种情况。分析结果表明：这三种情况下一阶垂向弯曲振动频率均大于10Hz，满足动态设计标准。与承载结构结果相比，整备状态下车体各阶振动频率有所下降；用质量块代替mass21单元模拟空调机组和门窗后，车体出现了很多局部模态，各阶模态也发生了较大变化，这是由门窗及空调机组的结构特性决定的。 (5)基于谐响应理论，通过在转向架与车体连接处施加单位简谐力，分析了不同频率下整车振动响应和整个频率范围内车体指定点处的响应。分析结果表明：在大多数频率时、端墙、地板、空调及门窗振动较大，改进结构时应着重考虑这些部位的连接及刚度情况；频率在20—40Hz与120Hz—140Hz之间整车振动响应都比较大，表明在这两段频率范围内乘客的舒适性较差。 (6)根据车体几何形状建立了车内空腔声学有限元模型，对车内空腔的声学模态进行了研究，获得了声腔模态频率和振型。分析结果表明：地铁车体对称的结构特点决定车内声场在横向、纵向和垂向同样具有对称性。使车内声场的各阶模态形状基本上呈前后、左右和上下对称分布，说明车内声场共鸣频率和模态形状主要由其几何形状决定。分析结果为避免车室壁板与车室空腔声学共振提供了非常有价值的资料，可用于指导车身系统初始的声学设计。 |
| 作者： | 杨建 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 左言言 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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