高速列车面向CAD/CAE集成的动力学性能分析技术及平台搭建

摘要

近些年来，我国的高速铁路技术和建设得到了长足的发展，高速列车的研究也从引进借鉴国外经验和技术向自主研发转变，同时在研究过程中又要着眼于我国的国情。高速列车是典型的复杂机电产品，从目前其产品设计的角度来看，设计分析并未形成体系和充分发挥其作用。一方面，CAD模型通常只是作为几何形状模型用于其下游的CAE分析，这就需要大量的时间进行模型的清理和修复，同时CAE分析的结果不能反馈回CAD中指导设计;另一方面，CAE分析工具较为单一和涣散，各CAE分析领域联系不强，未形成一个统一的集成平台，这不利于分析人员的协同。
　　针对以上问题，本文简要分析高速列车数字化设计中存在的问题及挑战，借助商业平台LMS Virtual.Lab集成第三方软件，搭建了高速列车CAD/CAE统一集成平台。Virtual.Lab是通过CATIA CAA基于CATIA V5环境开发，具有与CATIA V5一致的界面环境，同时也集成了CATIA V5的参数化特征建模功能，实现了与CAD的无缝集成，平台能够良好地集成第三发软件融入到统一的CAD环境中，而不需要或较少重新在CAE软件中建模。此外，平台具备较强的二次开发和扩展能力。
　　考虑面向CAD/CAE的集成环境，在集成于CAD的Motion坏境中，利用CAA V5和Motion的二次开发功能，自定义多个机车车辆特有力元，并结合C++和Fortran混合编程技术集成轮轨关系求解模块，构建了基于设计模型的高速列车动力学仿真分析模型。通过与Simpack中CRH2算例的定性分析对比，验证了方法的可行性，为其CAD/CAE集成提供了思路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 CAD／CAE集成

1．2．2 高速列车的CAD／CAE集成

1．3 研究内容与工作

第2章 高速列车CAD／CAE集成平台搭建

2．1 高速列车虚拟样机技术

2．1．1 高速列车CAD

2．1．2 高速列车CAE

2．1．3 CAD／CAE集成

2．2 高速列车CAD／CAE集成平台搭建

2．2．1 集成平台的搭建

2．2．2 集成平台的特性分析

2．3 小结

第3章 面向CAD的高速列车动力学属性提取

3．1 概述

3．2 面向CAD的高速列车动力学分析模型属性数据提取

3．3 面向CAD的高速列车动力学分析模型物理属性提取方法

3．3．1 高速列车动力学属性特征信息分类

3．3．2 高速列车动力学分析模型性能参数提取方法

3．4 面向CAD的高速列车动力学分析模型几何拓扑获取

3．5 小结

第4章 基于Motion的高速列车动力学建模与仿真

4．1 Motion理论基础

4．1．1 Motion介绍

4．1．2 Motion的多体理论基础

4．2 高速列车动力学模型

4．2．1 高速列车设计模型获取

4．2．2 车辆动力学模型

4．3 轨道模型

4．3．1 轨道坐标描述

4．3．2 轨道几何描述

4．3．3 轨道预处理

4．3．4 轨道几何建模

4．3．5 轨道坐标转换处理

4．4 车辆动力学特殊力元

4．4．1 Motion中的UDF／UDS

4．4．2 常规力元定制

4．4．3 轮轨力元定义

4．5 小结

第5章 基于CATIA及LMS的高速列车动力学性能分析实例

5．1 动力学性能分析框架流程

5．2 动力学性能分析功能实例

5．3 小结

第6章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与参与的项目