B型地铁不锈钢车体结构优化设计研究

摘要

21世纪以来,我国的城市轨道交通迅猛发展,使得地铁车辆应用前景越来越广泛。不锈钢地铁车辆以其质轻、高强度、耐腐蚀及安全特性良好等特点,被广泛应用于轨道车辆。因此,各大轨道车辆厂及高校的研究人员,都在致力于研制高强度、刚度及动态性能更好的不锈钢车体结构,同时也在不断优化现有的车体结构。本文以唐山轨道客车有限责任公司研制的B型不锈钢地铁车体为研究对象,应用有限元方法对其结构进行建模、分析,并提出了改进方案,主要研究内容包括:
　　1.建立了B型不锈钢地铁车体的有限元模型。采用壳单元模拟车体结构,建立了包括车体骨架和蒙皮结构的不锈钢车体有限元模型,为从整车角度分析骨架和蒙皮结构对车体强度的影响奠定了基础。针对车体中大量焊点对车体有限元模型网格划分带来的困难,本文通过硬点的增减,使网格划分结果更为合理,计算结果更加准确。
　　2.分析了B型地铁不锈钢车体的结构性能,指出了其设计缺陷。基于所建立的有限元模型,根据EN12663-2010要求,对车体结构的强度、刚度和模态进行了有限元分析。计算结果表明,车体边梁中央下挠度为10.36mm,小于车辆定距的1‰即12.6mm,所以车体刚度满足设计要求;车体结构一阶垂向弯曲频率为17.871Hz,一阶扭转频率为14.811Hz,由于车体转向架自振频率为?2.0Hz,故车体模态满足设计要求;车体侧墙两端紧邻端墙的位置、以及边梁与枕梁搭接焊缝区域结构强度存在不足。
　　3.给出了车体结构强度的局部改进方案。根据计算分析结果,对侧墙两端紧邻端墙的区域、以及边梁与枕梁搭接焊缝区域添加了补强筋板,校核结果表明车体结构强度完全满足设计要求;刚度变化较大,但边梁中央下挠值为12.46mm,仍然在设计允许范围内;车体结构固有属性两次计算结果基本没变。改进后的方案完全满足设计要求并与实车试验结果相一致。

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1. 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 不锈钢车体国内外研究现状

1.3 主要研究内容及章节安排

2. 不锈钢车体有限元建模

2.1 车体结构特点

2.2 有限元法概述

2.3 建模前准备工作

2.4 不锈钢车体有限元模型

2.5 本章小结

3.不锈钢车体结构有限元分析

3.1 不锈钢车体结构强度设计要求

3.2 车体载荷工况及边界条件

3.3 不锈钢车体结构静强度分析

3.4 不锈钢车体结构模态设计

3.5 本章小结

4. 不锈钢车体结构局部优化设计

4.1 局部优化方案

4.2 改进后的方案校核

4.3 本章小结

结论

致谢

参考文献