基于线路实测的一种新型动车组车体结构改进

摘要

随着中国高铁快速发展，高铁走出国门已经成为一种必然，一种新型动车组步入研制试验阶段。车体作为主要部件之一，对于动车组能否安全平稳运行起到至关重要作用。因此本文以一种新型动车组TC01车车体为研究对象，基于线路试验和有限元仿真，对车体结构进行了研究。
　　本文首先建立TC01车车体有限元模型，根据EN12663:2000《铁路应用—铁路车辆车体结构要求》的相关要求对车体有限元模型仿真分析静强度、疲劳强度以及模态分析，并进一步结合日本标准JIS E7106中对于结构相当弯曲刚度及等效抗扭刚度相关要求，对车体进行强度及刚度评价，并分析其应力分布，确定线路测试测点布置方案。其次，对该动车组车体进行大西试验线原平西-阳曲西线路区段跟踪试验，采集得到线路实测应力时间历程。对信号进行数据处理分析车体结构关键部位测试信号的时域特性，结合有限元仿真结果，对车体应力谱进行相应修正，得到不同线路工况下的不同部位修正应力谱，进一步编制车体关键部位典型应力谱，并以此为基础，得到车体应力分布曲线并进行相应威布尔三参数分布拟合。然后，从时域和频域两个方面分析车体不同关键部位的信号特征，分析列车通过隧道及隧道交会车体表面压力波变化，分析车体表面测点动应力变化。结合隧道通过及非隧道运行等效应力计算得到列车隧道通过动应力权重系数，并对其进行相应检验。最后，依据线路实测动应力结果，结合仿真分析车体在气密载荷作用下应力结果，并对气密载荷大小进行相应修改使得仿真结果趋向于实测，并在此基础上进行相应结构局部改进。同时车体底架应力较小，对车体底架进行相应轻量化分析。

目录

声明

致谢

摘要

引言

1．1 高速动车组的发展

1．2 铝合金车体研究现状

1．3 选题背景及意义

1．4 本文主要研究内容

2 车体结构有限元模型建立

2．1 强度理论分析与方法

2．1．1 有限元概述

2．1．2 有限元基本方法

2．1．3 薄壳问题有限元法的基本思路

2．1．4 薄壳问题的约束情况

2．2 车体有限元模型建立

2．2．1 动车组车体简介

2．2．2 车体设计参数及材料特性

2．2．2 单元类型选择

2．2．3 车体离散有限元模型建立

2．3 本章小结

3 车体强度分析

3．1 车体载荷处理

3．1．1 载荷及约束情况

3．1．2 计算工况确定

3．2 应力变形计算结果

3．2．1 静载荷条件下应力计算结果

3．2．2 疲劳载荷条件下应力计算结果

3．2．3 车体变形计算结果

3．3 强度与刚度评估

3．3．1 车体结构刚度评估

3．3．2 von Mises应力准则

3．3．3 车体结构强度评估

3．3．4 Goodman疲劳曲线

3．4 车体模态分析

3．4．1 ANSYS模态提取方法

3．4．2 车体模态评定标准

3．4．3 模态结果与分析

3．5 本章小结

4 车体动应力跟踪试验

4．1 动应力测试及数据处理

4．1．1 动应力测试内容

4．1．2 动应力试验方法

4．1．3 数据处理

4．2 车体应力谱编制

4．2．1 车体一维应力谱修正

4．2．2 疲劳累积损伤计算

4．2．3 车体典型应力谱获得

4．2．4 车体应力谱拓展

4．3 威布尔分布检验

4．3．1 三参数威布尔分布原理

4．3．2 应力谱分布拟合

4．3．3 假设检验

4．3．4 最大应力推断

4．4 车体动应力疲劳评估方法

4．5 本章小结

5 动应力数据处理分析

5．1 速度工况对车体应力幅值影响

5．1．1 关键部位测点应力分析

5．1．2 不同速度工况对比分析

5．1．3 空车工况动应力分析

5．1．4 重载工况动应力分析

5．2 车体动应力频域分析

5．2．1 短时傅里叶变换

5．2．2 相关性分析

5．2．3 时域频域分析

5．3 隧道运行对车体关键部位等效应力的影响分析

5．3．1 列车进出隧道动应力变化

5．3．2 列车隧道交会动应力变化

5．3．3 动应力隧道通过占比

5．4 动应力数据处理小结

6 车体局部结构改进与优化

6．1 基于轻量化的车体底架结构优化

6．1．1 基于底架轻量化设计的数学模型

6．1．2 优化算法的选择

6．1．3 底架断面试验设计

6．1．4 底架优化方案确定

6．2 车体局部结构改进

6．2．1 气密载荷修改

6．2．1 头车局部结构改进

6．3 本章小结

7 结论与展望

7．1 论文结论

7．2 论文展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集