CRH5动车组车体的结构分析与轻量化研究

摘要

本文对动车组CRH5的M2S车体进行了结构强度和刚度分析并对结果进行了分析总结；以M2S车体底架为研究对象探讨车体结构轻量化的一种方法，对其进行了尺寸优化、肋板的优选以及在此基础上的形状优化，并对优化结果进行了验证。具体内容如下： 1、模型的生成 由于车体结构复杂，对其进行了适当的简化，建立了有限元模型。 2、车体结构强度与刚度的分析 根据欧洲《EN12663》标准，对车体结构进行了10种主要组合工况的强度分析，总结了车体的应力分布情况和车体结构的设计特点。分别增大车体的车顶、侧墙、底架三者中任一个的刚度，其它两个刚度不变，对整车进行结构分析，皆在考察车体各个部位刚度的变化对车体整体强度刚度的影响。车体强度和刚度的分析为后面的优化打下了基础。 3、M2S车体底架结构优化 采用商品化软件OptiStruct对车体底架进行了优化。首先以分组的方式进行了基于连续变量的尺寸优化和基于离散变量的尺寸优化，对两种尺寸优化进行了分析和总结；然后在尺寸优化分析的基础上对肋板进行了优先，实现了“工程拓扑优化”，与纯尺寸优化进行了比较和分析；承接前面的分析又进行了形状优化，与前面的结果进行了比较分析；最后对优化结果进行了校核。

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致谢

1 绪论

1.1 论文的研究背景与意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 列车车体结构研究现状

1.3 结构优化综述

1.4 本文主要研究内容

2 CHR5型车简介以及有限元模型的生成

2.1 CHR5车体简介

2.1.1 M2S车简介

2.1.2 M2S车体主要技术参数

2.1.3 M2S车主要组成部分

2.2 车体结构材料属性

2.3 单元的选择

2.4 车体模型的简化及模拟处理

2.4.1 车体模型的简化

2.4.2 焊接方式的模拟

2.4.3 附件质量的模拟

2.4.4 实体单元与壳单元连接

2.5 有限元模型生成

2.6 小结

3 车体结构强度和刚度分析

3.1 车体结构强度分析

3.1.1 约束和载荷处理

3.1.2 有限元仿真分析工况

3.1.3 车体结构强度和刚度的评定标准

3.1.4 有限元仿真结果及分析

3.2 车体结构刚度分析

3.3 小结

4 M2S车体的底架结构优化

4.1 车体结构优化的可行性

4.2 Optistruct的结构优化设计技术

4.2.1 Optistruct简介

4.2.2 Optistruct优化设计的数学模型

4.2.3 Optistruct结构优化设计流程

4.3 车体优化设计对象

4.4 优化结果及分析

4.4.1 尺寸优化

4.4.2 肋板的优选

4.4.3 形状优化

4.5 优化后车体其它工况的校核

4.6 小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

作者简历