城市轨道车辆不锈钢车体结构优化研究

摘要

不锈钢材料由于具有高强度、耐腐蚀的特点,早在二十世纪中期就被应用于铁路车辆制造中。近年来,随着材料技术和焊接工艺的快速发展,不锈钢车体己广泛应用于城市轨道交通行业,并带来了良好的社会经济效益。随着新的不锈钢系列产品应用于车体结构,焊接工艺必须由电弧焊改为电阻点焊,结构设计也需要随之改变。
　　 为了提高城市轨道车辆不锈钢车体的商品化程度,本文按照模块化、轻量化的设计理念,以保证车体强度、刚度为出发点,对不锈钢车体结构进行了优化设计;针对不锈钢车体侧墙与车顶薄板结构的双层板或多层板点焊结构,采用适合这种点焊结构的单元类型和网格模型建立了不锈钢车体的仿真模型;按照EN12663标准确定各计算载荷与工况进行了车体的强度、刚度计算,得出的不锈钢车体最大等效应力和位移值均与相应工况的试验结果比较吻合,验证了建立的仿真模型适用于对点焊结构不锈钢车体的仿真分析:对不锈钢车体进行疲劳强度仿真分析,结果表明,疲劳强度满足EN12663的有关规定。
　　 这些研究工作充分反映,本文对城轨不锈钢车体结构实施的优化设计是可行的,提升了不锈钢车体的设计制造水平和商品化程度。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内研究现状

1.3 主要研究内容

2 不锈钢车体结构与焊接工艺特点

2.1 车顶结构

2.2 底架结构

2.3 侧墙结构

2.4 端墙结构

2.6 车体结构用不锈钢材料

2.7 不锈钢车体焊接工艺特点

2.8 本章小结

3 不锈钢车体结构优化设计

3.1 侧墙内层筋板结构优化设计

3.1.1 侧墙内层筋板结构与板梁结构对比

3.1.2 侧墙内层筋板结构优化选型

3.1.3 侧墙内层筋板结构与板梁结构车体刚度的试验数据比较

3.2 侧墙应力集中部位焊点优化布置

3.2.1 侧墙部位焊点受力分析

3.2.2 侧墙焊点分布整体优化

3.2.3 侧墙焊点分布局部优化

3.3 车顶、底架波纹板优化设计

3.4 空调安装结构优化

3.4.1 固接强度校核

3.4.2 疲劳强度校核

3.5 后端墙结构优化设计

3.6 底架牵枕缓部位优化设计

3.7 车体内装模块化设计

3.8 本章小结

4 不锈钢车体仿真分析方法

4.1 有限元方法及分析过程

4.1.1 有限元方法简介

4.1.2 有限元方法分析过程

4.2 不锈钢车体建模方法

4.2.1 壳单元

4.2.2 薄壳理论基本假设

4.2.3 四节点矩形板单元分析

4.2.4 刚性杆单元[9]

4.2.5 网格划分原则

4.3 不锈钢车体仿真结果评价方法

4.3.1 车体静强度评价方法

4.3.2 车体刚度评价方法

4.3.3 车体疲劳强度评价方法

4.4 本章小结

5 点焊结构不锈钢车体静强度仿真分析

5.1 车体结构特点

5.2 车辆主要技术参数

5.3 车体钢结构有限元模型

5.4 重量总汇

5.5 车体钢结构静强度计算

5.5.1 计算载荷

5.5.2 车体的垂直载荷

5.5.3 车体的纵向载荷

5.5.4 扭转载荷

5.6 计算载荷工况

5.7 车体钢结构静强度计算结果与试验结果对比

5.7.1 位移计算及试验结果

5.7.2 应力计算及试验结果

5.7.3 模态分析结果

5.4 结论与建议

5.5 本章小结

6 不锈钢车体结构疲劳强度仿真分析

6.1 计算载荷

6.1.1 车体的垂直载荷

6.1.2 车体的横向载荷

6.1.3 扭转载荷

6.2 疲劳载荷工况

6.3 各工况平均应力、应力幅仿真分析

6.3.1 平均应力、应力幅值仿真结果与分析

6.3.2 结论

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 开展的工作与结论

7.2 展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集