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基于有限元法的铝合金车体可靠性研究

王玥龙  
【摘要】:目前,我国高速铁路正处在飞速发展时期,对高速动车组进行了大量的研究,取得了瞩目的成果。但在铝合金车体的设计上,仍然以静强度计算分析和模态分析为主,没有将可靠性的概念引入铝合金车体的设计中。故本文旨在探究一种适用于铝合金车体这样的大型复杂结构的静强度可靠性分析方法。 本文首先对常用的可靠性分析方法进行了介绍,并对其各自的优缺点和适用范围进行了分析,并结合铝合金车体的特点,从理论上提出了一套可靠性分析方法和流程。 然后,对ANSYS PDS模块进行深入研究,探究其可用于铝合金车体可靠性分析的途径和方法。其中,重点研究了基于ANSYS有限元分析结果,拟合响应面方程。ANSYS提供了两种响应面抽样方法:中心合成设计法和Box-Behnken矩阵法。这两种方法使得样本点的数量大为减少,是对铝合金车体这样的大型复杂结构进行可靠性分析的一条有效途径。 最后,本文通过TC-02铝合金车体的实例计算,检验并优化了已提出的方法和流程,总结出了一套既易于工程应用又具有较高准确性的铝合金车体可靠性分析方法:1、分析铝合金车体结构,进行结构简化并划分网格;2、确定随机变量及其分布;3、选择响应面抽样方法,抽取样本进行有限元计算;4、根据有限元计算结果,拟合响应面方程;5、根据响应面方程,运用蒙特卡洛法或一次二阶矩验算点法进行可靠度计算;6、运用ANSYS PDS模块进行灵敏性分析。 通过对TC-02铝合金车体四种工况的实例计算,可以发现,虽然计算带有一定的安全系数,但结构仍然存在失效的可能。且压缩工况要比拉伸工况更为危险,可靠度只有70%-80%。故只进行静强度校核是不够的,应结合可靠性分析。


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