基于M2S车的宽体结构优化设计

论文摘要

：本文对CRH5动车组M2S车体结构进行了宽体设计,在此基础上对宽体车进行了结构强度分析和模态分析,并对其底架和车顶进行了轻量化优化。本文具体完成的工作如下：1.在满足车辆限界和车体结构设计的原则下,采取三种方案对M2S车体进行了宽体设计。2.对复杂的宽体车结构进行了分析,根据其结构特点进行了简化,在此基础上建立了有限元分析模型。3.根据欧洲《EN12663》标准,对方案—设计的宽体车结构进行了10种主要组合工况作用下的计算,分析不同工况作用下对车体强度和刚度的影响,分析了车体的不同加宽宽度对车体结构的影响,得出了车体加宽的具体方案,综合分析得出车体加宽是可行的。4.利用有限元分析软件ANSYS,对M2S宽体车结构进行了模态分析,得出了宽体车空载状态和整备状态的频率和振型,其一阶垂向弯曲频率较原车体增大,车体刚度有所增加,且大于10HZ,可以避免宽体车结构与转向架发生共振,因此从模态的角度分析,车体加宽也是可行的。5.采用优化软件OptiStruct对M2S宽体车底架和车顶进行了优化设计,以宽体车总重量为目标函数,以车体型材的厚度为变量,以底架边梁位移和应力为约束。并运用ANSYS对优化后的宽体车进行了验证分析。本文的研究工作为宽体车结构设计提供了初步的理论依据,也为宽体车优化分析提供了参考,对动车宽体结构设计的发展提供了一个方向。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 论文的研究意义
• 1.3 论文的主要内容
• 1.4 国内外宽体技术研究现状
• 2 M2S宽体设计
• 2.1 铁路限界
• 2.1.1 铁路机车车辆限界
• 2.1.2 基本建筑限界
• 2.1.3 计算M2S车体的最大容许制造宽度
• 2.2 CRH5型车简介及结构组成
• 2.2.1 CRH5车体结构
• 2.2.2 M2S车体主要技术参数
• 2.2.3 M2S车体主要组成部分
• 2.2.4 M2S车体的材料属性
• 2.3 宽体车结构设计
• 2.3.1 车体结构设计的基本原则和要求
• 2.3.2 车体结构设计的方案
• 2.4 本章小结
• 3 M2S宽体车有限元模型的建立
• 3.1 有限元发展概述
• 3.1.1 有限元法的发展现状
• 3.1.2 有限元法的应用
• 3.2 宽体车模型的简化及模拟处理
• 3.2.1 车体模型的简化
• 3.2.2 附件质量的模拟
• 3.3 单元的选择
• 3.4 边界条件的确定
• 3.5 有限元模型的生成
• 3.6 本章小结
• 4 宽体车结构强度分析和模态分析
• 4.1 载荷处理
• 4.2 有限元仿真分析工况
• 4.2.1 单一工况
• 4.2.2 组合工况
• 4.3 车体刚度和强度评价标准
• 4.3.1 车体结构静强度评价标准
• 4.3.2 车体结构刚度评价标准
• 4.4 有限元仿真结果及分析校核
• 4.4.1 车钩区域压缩载荷
• 4.4.2 防撞击柱承受压缩载荷
• 4.4.3 车钩区域牵引载荷
• 4.4.4 最大垂向载荷扩大30%
• 4.4.5 气密性载荷
• 4.4.6 三种设计方案对比分析
• 4.5 模态分析
• 4.5.1 模态分析理论
• 4.5.2 模态分析的提取方法
• 4.5.3 模态分析的一般步骤
• 4.5.4 模态分析评价标准
• 4.5.5 M2S宽体车模态计算结果及分析
• 4.6 本章小结
• 5 M2S宽体车底架与车顶优化
• 5.1 Optistruct结构优化方法简介
• 5.1.1 Optistruct迭代算法
• 5.1.2 Optistruct结构优化设计流程
• 5.2 Optistruct优化的数学模型
• 5.2.1 设计变量
• 5.2.2 目标函数
• 5.2.3 约束条件
• 5.3 优化结果
• 5.4 优化车体强度校核
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集