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《兰州交通大学》 2014年
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铝合金车体结构强度分析与碰撞仿真研究

李佳  
【摘要】:本文针对某型动车组铝合金车体的建模方法、强度和碰撞问题进行了研究,通过研究中空铝型材的建模方法建立了本文所需的车体有限元模型;通过对比国内外车体强度计算标准得出适用于对该车体进行强度分析的载荷工况,并采用有限元法对车体进行强度分析;最后基于ANSYS WorkBench的显式动力学模块对车体进行了碰撞仿真研究。 首先,根据现有车体模型,建立车体的简化几何模型。这一部分主要针对两种常用的车体建模方法——中性面法和截面等效法进行了对比研究和试算,然后得出了截面等效法相比于中性面法可以在保证计算精度的前提下,大大简化车体的建模且有限元网格质量更好,还能够节省计算机资源和时间。最后采用了该方法对复杂的中空铝合金车体进行了简化,建立了最终的简化模型,为后续有限元分析计算提供了更简单的几何模型。 其次,对欧洲车体设计标准EN12663、日本铁道车辆客车车体设计通则JIS E7106以及我国TB/T1335和《200km/h及以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》这些标准进行了对比分析,通过比较三种标准关于垂向载荷、纵向载荷、叠加载荷等不同之处,确定了EN12663标准作为该型动车组铝合金车体强度计算和设计校核的依据。然后使用适合工程应用的有限元软件ANSYS Workbench的结构静力学模块对该型动车组车体结构进行了强度分析和刚度分析,得出在各种载荷工况下,其结构的最大等效应力小于材料的许用应力,静强度满足设计要求;车体底架结构变形小于许用值,刚度满足要求;在疲劳载荷工况下,根据ORE报告将多轴应力转换为单轴应力,绘制出材料的修正的Goodman疲劳极限图,得出车体各选定部位的疲劳强度满足设计要求。 最后,从显式有限元算法的基本理论出发,利用显式有限元技术基于ANSYSWorkBench的显式动力学模块对车体进行了碰撞仿真,分析了该型高速动车组的碰撞仿真结果,结果表明,车体与刚性墙碰撞变形小,车体吸收了碰撞的动能转换成了自身的内能,而且前端墙某点的最大减速度略超出EN15227标准规定的最大范围,但持续时间较短,对司机和乘客不会造成致命的伤害,能够满足耐碰撞性能的要求,可以保证碰撞过程中司机和乘客的人身安全;在两车体迎面碰撞过程中,车体的变形小,司机和乘客都有生存空间,后车的总动能几乎全部被前后车的变形吸收,前后车的前端墙某点的最大加速度超出EN15227标准规定,但其持续时间较短,不会对司机和乘客造成致命的伤害,能够满足耐碰撞性能的要求,可以保证碰撞过程中司机和乘客的人身安全。
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U266;U270.32

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【参考文献】
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