基于有限元法的CRH2型动车组车体结构疲劳寿命研究

摘要

本文针对CRH2型动车组研究其车体的结构、建模方法、静强度及疲劳寿命，并建立了论文所需要的车体有限元模型。查询书籍和文献得到国内外有关车体强度计算标准，通过对比获得能够运用在CRH2型动车组的强度分析的标准，并采用有限元方法分析车体强度；然后通过ANSYS WorkBench对车体进行疲劳寿命估算。
　　本研究首先对有限元软件要有一定的了解，再通过现有车体模型对车体进行建模。中性面法和截面等效法是目前可行的建模方法，大量试算和研究表明，截面等效法比中性面法不仅能保证计算强度，而且能得到更为简化的模型并且有限元网格质量要更好。因此采用截面等效法对车体进行建模，为以后的有限元分析计算提供更为容易的车体几何模型。其次，通过查询书籍和文献得到欧洲车体设计标准EN12663、日本铁道车辆客车车体设计通则JISE7106以及我国TB/T1335和《200km/h及以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》。然后对三种标准分别在垂向载荷、纵向载荷和叠加载荷进行分析，比较利弊本文决定运用EN12663标准来对此型动车组铝合金车体进行强度计算和设计校核。通过运用有限元软件ANSYS Workbench（结构静力学模块）对此铝合金动车组车体进行强度和刚度分析，我们可以得出载荷工况下车体结构的最大等效应力小于该材料的许用应力，因此静强度达到设计要求；刚度校核则要求车体底架结构变形小于许用值；再从模态分析以及瞬态动力学的基本理论出发，通过提取车体11阶自由模态进行分析，得到各阶模态下车体的振型图以及在该模态作用下车体最容易发生变形的部位，得出一阶弯曲固有频率，再与规定值对比，得出车体一阶弯曲固有频率不低于规定值的要求。最后，在了解疲劳寿命基本意义的基础上，对车体疲劳寿命进行估算研究，根据ORE报告，可以绘制出车体各选定部位的修正Goodman疲劳极限图，从而达到疲劳强度设计要求。再通过结合材料的S-N曲线，在有限元软件ANSYS WorkBench中，分析车体结构疲劳寿命，结果显示，车体满足疲劳寿命要求。

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1.绪论

1.1 论文研究背景

1.2 研究目的及意义

1.3主要研究工作及方法

1.4论文的技术可行性分析

2.有限元方法概述

2.1 ANSYS软件简介

2.2 方法步骤

2.3 应用领域及功能

3. CRH2车体结构简介

3.1 CRH2型动车组车体结构

3.2 车体结构建模方法的对比

3.3 简化模型的试算与验证

3.4 车体的简化模型

3.5 本章小结

4 CRH2型动车组车体结构强度及模态分析

4.1 引言

4.2 有限元模型的建立

4.3车体设计标准对比

4.4 确定工况载荷

4.5 车体静强度和刚度分析

4.6 CRH2车体的模态分析

4.7本章小结

5 铝合金车体疲劳寿命研究

5.1 疲劳相关基本理论

5.2 车体疲劳强度分析

5.3 车体疲劳寿命估算

5.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果