现代CAD/CAE技术在受电弓设计中的应用研究

摘要

该文以某地铁受电弓及其弓头弹簧系统为研究对象,运用基于多目标优化设计、有限元技术和虚拟样机仿真分析方法的CAD/CAE技术,对模型进行了优化设计和仿真分析,得到了该地铁受电弓的结构优化参数,以及弓头弹簧参数设计分析的结果并在实际产品开发中得到了应用.首先建立了受电弓结构的优化模型,研究了多目标优化设计方法,利用MATLAB优化工具对受电弓的结构参数进行了优化设计,得到了最优的结构参数,保证了升弓轨迹和升弓转矩等关键技术指标的实现;利用得到的最优结构参数,在UG中建立了受电弓的三维CAD模型,传送至ADAMS中,定义其质量、约束、运动关系以及受力等属性和信息,建立了系统的虚拟样机模型,利用虚拟样机技术,设置不同的工况条件,对优化设计得到的受电弓模型进行动态仿真分析,验证了优化设计结果,完成了以优化设计方法和虚拟样机仿真分析技术相结合设计受电弓的全过程;进一步运用有限元方法,在ANSYS环境下,对受电弓关键零部件的强度、变形等进行了校核,并模拟了侧向载荷等试验;在此受电弓模型的基础上,进一步建立了接触网-受电弓的简化虚拟样机模型,在ADAMS中对弓头弹簧刚度和对弓网之间接触的影响进行了仿真分析,得出了弓头弹簧刚度和受电弓运行速度之间的关系及相关结论,对受电弓的弓头弹簧设计有指导性的意义.

目录

文摘

英文文摘

湖南大学学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书

第1章概论

1.1问题的提出——课题来源及本文的研究重点

1.2 CAD/CAE集成技术

1.2.1 CAD概念的产生与发展

1.2.2 CAE概念的产生与发展

1.2.3 CAD/CAE集成技术

1.3受电弓简介

1.3.1受电弓的概念和基本要求

1.3.2受电弓的基本结构及其作用

1.3.3受电弓的工作

1.3.4单臂受电弓设计的主要参数

1.4受电弓的研究现状及其意义

第2章单臂受电弓结构参数优化设计

2.1优化设计理论

2.2多目标优化设计问题

2.3上海明珠二线地铁受电弓结构参数的优化设计

2.3.1单臂受电弓几何关系数学模型的建立

2.3.2弓头运动轨迹与升弓转矩优化模型的建立

2.3.3平衡杆的优化模型的建立

2.4优化算法的研究

2.4.1 fmincon函数介绍

2.4.2有约束最小化问题数学算法研究

2.5优化设计结果分析

2.5.1弓头运动轨迹与升弓转矩优化结果分析

2.5.2平衡杆优化结果分析

第3章CAE技术在受电弓设计中的应用

3.1受电弓的动态分析与仿真验证

3.1.1单臂受电弓的动态仿真

3.1.2仿真结果的分析与验证

3.2受电弓关键零部件刚度与强度校核

3.2.1横向刚度校核

3.2.2弓头盒强度校核

3.2.3上框架顶杆内长轴校核

3.2.4轴头的强度校核

第4章受电弓弓头弹簧系统的研究

4.1弓网关系的研究状况及研究方法

4.2对弓头弹簧系统研究的必要性

4.3接触网系统模型的建立

4.3.1简单悬挂的弛度计算

4.3.2悬挂线索实际长度的计算

4.3.3简单悬挂接触线虚拟样机模型的建立

4.4弓网系统运动仿真以及对弓头弹簧系统参数的研究

4.4.1仿真结果

4.4.2仿真结果分析

4.4.2结论

结论

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录