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底架承载式机车车体刚度性能研究
| 论文题名： | 底架承载式机车车体刚度性能研究 |
| 关键词： | 高速铁路工程;底架承载式机车;车体变截面;刚度性能;有限元分析 |
| 摘要： | 高速重载已经成为当前铁路建设的重要发展方向。对于底架承载式机车而言，应该在保证车体的强度和刚度满足标准要求的前提下，尽可能平衡结构设计与重量、强度和刚度之间的关系，设计出最优的承载式底架结构。目前，国内外诸多学者已经在这方面展开了研究，但大都是基于有限元模型进行计算分析，属于后期刚度评价工作，无法在设计初期阶段对车体刚度有准确的认知。因此，如何在设计初期阶段加强对车体刚度特性的控制，设计出刚度合理的机车车体具有重要的工程意义。 车体刚度的两个主要评价参数为底架中梁挠度和一阶垂弯频率。刚度不足容易导致车体门窗变形过大、振动频率较低等现象，情况严重时会导致中梁塌腰，发生重大事故;刚度过大意味着车体用材增多，列车重量增加，运行工况随之恶化，影响列车运行的舒适性和安全性。而车体振动频率较低容易引发结构共振，降低列车的疲劳寿命。 基于以上背景，论文在不建立有限元模型的基础上，以车体三维模型为对象，研究了底架底架承载式车体结构的刚度性能，在初步设计阶段实现对刚度性能的了解和控制，改善车体的刚度性能。 推导了变截面梁挠度计算的积分法和等效刚度法，通过算例分析，对比两种方法的优缺点，给出了各自的适用范围。将车体底架模型等效成简支梁，基于等效刚度法对提取的车体截面参数进行分析计算，在等效惯性矩和等效载荷下获得车体中梁挠度解析解，计算结果与有限元计算结果的误差为8.43％。采用传统的积分法计算柴油发电机组载荷作用下的鱼腹型中梁的挠度，以最大截面高度、变截面起点、变截面跨度为三个基本变量，运用Matlab软件实现中梁的优化设计。提出了基于挠度的一阶弯曲固有频率计算公式，基于底架模型对三种公式的计算误差进行对比分析，结果表明修正后的公式误差明显减小。最后对中梁优化后的车体模型进行静强度分析，计算结果均满足标准和计算任务书的要求。 论文研究表明，等效刚度法可以应用于车体挠度和一阶弯曲固有频率的初步计算，在初步设计阶段实现对车体刚度的控制是切实可行的;积分法可以应用于变截面挠度的精确计算，适用于鱼腹型中梁的优化设计。 |
| 作者： | 郭鹏 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 肖守讷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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