基于流固耦合分析的动车组水箱结构优化设计

摘要

动车组车下水箱为旅客提供饮用和生活用水，是必不可少的车下悬挂部件，保证其结构合理和使用安全十分重要。随着列车速度大幅提升，箱内液体的冲击晃动问题更加突出。优化水箱防波板孔径及水箱板材厚度，对合理分布水箱应力和降低水箱重量有着十分重要的作用。本文以CRH2高速动车组700L车下水箱为研究对象，基于单向流固耦合分析，对水箱静压工况和横向冲击工况进行了研究，探索了水箱结构优化设计的一般流程和方法。主要完成以下几方面工作：
　　1.建立几何参数化模型。利用Solidworks完成箱体及流体几何参数化模型，通过修改模型中设计参数，快速生成箱体及流体几何模型。
　　2.建立网格参数化模型。利用Hypermesh和ICEM分别对箱体和流体网格实现参数化设置，达到快速生成箱体及流体网格模型，并且网格质量较好的目的。
　　3.静压仿真数据与试验数据基本相符。通过对水箱进行静压试验数据与仿真结果进行对比分析表明，本文所建立的流固耦合模型与实际结构基本相符。
　　4.横向冲击工况应力大于屈服极限。通过对水箱横向冲击工况仿真，结果显示：正向冲击最大应力超出屈服极限，位于左侧板与角钢连接处。观察液体总压力分布图及三级防波板应力分布图可知：防波板对液体冲击有缓冲作用，能够有效减小液体对箱壁的冲击载荷，并得到防波板孔径与箱体及防波板应力和变形的分布规律。
　　5.水箱结构优化设计。基于。iSIGHT建立水箱结构优化设计流程，得到横向冲击工况下合理的孔径及板材厚度匹配方案，使箱壁和防波板应力分布趋于合理，且水箱整体重量下降了8.2％左右。
　　本文为高速动车组水箱的结构设计思路及分析方法提供了参考。