基于ANSYS的铝合金车体结构有限元分析研究

论文摘要

在交通运输市场竞争激烈的今天,铁路高速化是当今世界发展的潮流和必然趋势。在高速铁路技术中,高速动车组占有十分重要的地位,而高速动车组车体承载结构轻量化的研究也就成为不可缺少的一部分。车体结构轻量化主要是选用轻型结构材料及合理的设计得以实现。本文简单介绍了长春轨道客车股份有限公司生产的CRH5动车组头车车体结构特点和铝合金材料的力学性能,并通过有限元法对车体结构进行分析计算。首先,利用厂方提供的图纸对头车车体结构进行分析和简化,建立其分析的力学模型;然后,依据EN12663的有关规定对车体模型进行了静强度工况、疲劳工况、惯性载荷工况、气密强度工况等21种工况的计算分析,得出各部件在各种工况下的受力和变形情况;最后,在整车分析的基础上,运用子模型方法对车体主要的应力集中部位(司机门门角等)进行局部应力分析,得到这些部位的应力分布情况。计算结果为车体结构的合理设计提供依据。在研究课题中,还对复杂结构的合理简化、约束和加载方式的处理、不同单元的连接以及子模型法的应用范围和使用技巧进行了一定的探讨,研究成果对结构复杂、规模庞大、涉及多种单元的有限元分析具有一定的启示作用。同时子模型法在铝合金车体结构分析中的成功应用,为今后车体结构的有限元分析提供了一种有效的思路和方法。与传统计算方法相比,其计算精度能够满足工程要求,同时又能降低工作量、节省大量时间。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 有限元技术在车体结构设计中的应用
• 1.3 本文的研究内容和方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 铝合金车体有限元模型的建立
• 2.1 铝合金车体结构和材料特性
• 2.1.1 车体结构简介
• 2.1.2 车体材料特性
• 2.2 有限元技术及ANSYS介绍
• 2.2.1 有限元技术的现状和发展趋势
• 2.2.2 有限元方法的基本思想和分析过程
• 2.2.3 ANSYS软件介绍
• 2.3 车体有限元模型的建立
• 2.3.1 有限元建模的基本原则
• 2.3.2 几何模型的建立
• 2.3.3 单元的选择
• 2.3.4 车体有限元网格的划分
• 2.3.4.1 Hypermesh软件介绍
• 2.3.4.2 车体几何模型网格划分
• 第三章 车体有限元模型中不同单元的连接
• 3.1 ANSYS中处理体壳连接的通用方法
• 3.1.1 刚度叠加法
• 3.1.2 多点耦合约束方程法
• 3.1.3 采用退化单元法
• 3.1.4 内部MPC多点约束法
• 3.2 本文中采用的体壳连接方法
• 3.2.1 理论分析
• 3.2.2 实体模型验证
• 3.2.3 结论
• 第四章 铝合金车体结构强度分析
• 4.1 计算载荷和边界条件处理
• 4.1.1 载荷处理
• 4.1.2 边界约束条件
• 4.2 计算工况确定
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 强度评定方法及标准
• 4.3.2 垂向载荷加静态压缩载荷工况
• 4.3.3 垂向载荷加静态拉伸载荷工况
• 4.3.4 垂向静态载荷工况
• 4.3.5 运营载荷工况（疲劳工况）
• 4.3.6 惯性载荷工况
• 4.3.7 垂向载荷加6000Pa气动载荷工况
• 4.5 结论
• 第五章 铝合金车体局部结构强度分析
• 5.1 子模型概述
• 5.1.1 子模型法的基本概念及优点
• 5.1.2 壳到体子模型技术
• 5.2 ANSYS中子模型方法的分析步骤
• 5.2.1 生成并分析粗糙模型
• 5.2.2 建立子模型
• 5.2.3 生成切割边界插值
• 5.2.4 分析子模型
• 5.2.5 验证切割边界和应力集中位置的距离是否足够
• 5.3 司机门上门角的应力分析
• 5.4 窗角的应力分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A 车体有限元网格
• 学位论文数据集