基于OptiStruct的地铁车车头结构优化设计
发布时间：2021-06-13 14:24
复合材料在航空航天、汽车、船舶中已得到了广泛的应用,但在轨道车辆中的应用尚处在发展探索阶段。随着地铁车辆技术的不断提升,其车头性能也受到更多的关注,同时对车辆轻量化也提出了更高的要求。传统的单组份结构材料难以充分满足上述需求,因此有必要研究复合材料在地铁车车头上的应用。利用新型复合材料的优异性能,并通过材料配比及铺层设计与结构优化相结合,可满足部件的可靠性、安全性、降低维护检修成本等要求的同时进一步实现结构的轻量化。基于此,本文运用有限元理论、经典层合板理论、结构可靠性理论和结构优化设计理论等,借助仿真分析的手段,对地铁车车头进行性能分析及结构优化设计。主要工作如下:（1）地铁车车头结构性能仿真分析及优化。根据给定的相关数据及几何模型,建立车头的有限元模型,利用OptiStruct求解器对车头进行8种工况下的静强度分析。同时,利用基于拉丁超立方采样的Monte Carlo法对脚蹬结构的子模型进行可靠性分析,得到脚蹬的失效概率偏高,基于此,为了降低结构的失效概率,以脚蹬加权柔度值最小化为目标,以其质量为约束条件,基于OptiStruct进一步对脚蹬结构进行尺寸优化,优化结果表明,优化后的...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．］有限元分析流程图??Ｆｉｇ．３．１?Ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??
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?大连交通大学专业硕士学位论文???用各向同性的钢材，各部件所使用的材料以及材料在静载作用下的屈服强度见表３．２，??在参数输入时按照ＳＩ基本单位以及利用ＳＩ基本单位推导的单位表示。??表３．２地铁车车头各向同性材料参数??Ｔａｂ．３．２?Ｍｅｔｒｏ?ｖｅｈｉｃｌｅ?ｈｅａｄ?ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??部件?材料名称?弹性模量／ＭＰａ?泊松比?密度／ｋｇ＿ｎＴ３?屈服强度／ＭＰａ??前挡风窗?玻璃?７１０００?０．２?３８６０?８４??司机室骨架??司机室底架??加强板?０６Ｃｒｌ９Ｎｉｌ０?２０４０００?０．２８５?７９３０?２０５??吸能装置??灯座???脚蹬??Ｑ２３５－Ｂ?钢?２１００００?０．２７４?７８３０?２３５??扶手???预埋角铁?Ｑ３４５?钢?２０６０００?０．２８?７８５０?３４５??３．?１．２载荷工况??为方便表述，将车头纵向轴的运行方向设为Ｚ轴正向，车头垂直轴设为Ｚ轴，车头??横向轴的位于水平面上设为Ｆ轴，如图３．４所示。??ｚ?ｚ??▲?▲???？运行方向??７＾）?ＬＪ??—＾■士?支土合?？．ｖ????▲??〇?￣＾??图３．４车头坐标系??Ｆｉｇ．３．４?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｍｅｔｒｏ?ｈｅａｄ??２６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年先进纤维复合材料研发热点回眸[J]. 徐坚,聂铭歧,王熙大,季俊娜,王亚会,张红静. 科技导报. 2019(01)
[2]2018年中国城市轨道交通运营线路统计和分析[J]. 赵昕,顾保南. 城市轨道交通研究. 2019(01)
[3]先进复合材料轨道交通车辆轻量化发展与思考[J]. 章潇慧. 新材料产业. 2019(01)
[4]混杂效应对碳-玻混杂纤维复合材料性能影响研究[J]. 魏俊伟,陶红波,郭万涛. 材料开发与应用. 2018(06)
[5]碳纤维增强树脂基复合材料在轨道交通车辆车体中的应用与思考[J]. 周伟旭. 城市轨道交通研究. 2018(12)
[6]地铁车辆司机室碳纤维复合材料头罩的分步优化设计[J]. 王文斌,冀温源,张栋栋,赵红伟. 城市轨道交通研究. 2018(11)
[7]基于OptiStruct的制动卡钳拓扑优化设计[J]. 宋雪梅,罗永俊,张兴琦. 机械设计. 2018(S1)
[8]纤维增强水泥基复合材料的纤维混杂效应研究进展[J]. 李黎,曹明莉,冯嘉琪. 应用基础与工程科学学报. 2018(04)
[9]纯电动汽车碳纤维复合材料电池箱体的铺层设计研究[J]. 段端祥,赵晓昱. 玻璃钢/复合材料. 2018(06)
[10]弯扭载荷作用变刚度复合材料圆柱壳的屈曲优化[J]. 张冰,孙士平,邓同强,黄思朦. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2018(02)
硕士论文
[1]碳纤维复合材料发动机罩优化设计研究[D]. 韩鹏.吉林大学 2011
本文编号：3227701
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．］有限元分析流程图??Ｆｉｇ．３．１?Ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??
：：?！?输出有限元文件???ｒ??建立载荷集??ｔ????１??（Ｌｏａｄｅｄ?ｌｅｃｔｏｒｓ）??＊???建立属性??＿Ｔ＿??Ｏｐｔ?ｉ?Ｓｔｒｕｃｔ??（Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）?求解器求角￥???：?：??施加载荷??：?：???建立几何单元集???（Ｆｏｒｃｅ／Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ／Ｐｒｅ??ＨｙｐｅｒＶｉｅｗ??（Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）?ｓｓｕｒｅ）?后处理??—?——?ＴＸＴ??图３．］有限元分析流程图??Ｆｉｇ．３．１?Ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??地铁车车头的有限元模型如图３．２所示，司机室前端安装挡风玻璃和雨刷器，并设??有车灯安装开孔，为了检修方便，雨刷器采用外部安装的方式，前挡风玻璃通过螺钉与??车头外罩相连，侧面采用粘接的连接方式，外罩通过若干预埋角铁固定在司机室钢骨架??上，保证了车头的美观性。??１：職??Ｉ’?Ｊ．一?『??ａ）前视图?ｂ）后视图??ａ）?Ｆｒｏｎｔ?ｖｉｅｗ?ｂ）?Ｒｅａｒ?ｖｉｅｗ??图３．２某地铁车车头的有限元模型??Ｆｉｇ．３．２?Ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ａ?ｍｅｔｒｏ?ｖｅｈｉｃｌｅ?ｈｅａｄ??２４??
?大连交通大学专业硕士学位论文???用各向同性的钢材，各部件所使用的材料以及材料在静载作用下的屈服强度见表３．２，??在参数输入时按照ＳＩ基本单位以及利用ＳＩ基本单位推导的单位表示。??表３．２地铁车车头各向同性材料参数??Ｔａｂ．３．２?Ｍｅｔｒｏ?ｖｅｈｉｃｌｅ?ｈｅａｄ?ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??部件?材料名称?弹性模量／ＭＰａ?泊松比?密度／ｋｇ＿ｎＴ３?屈服强度／ＭＰａ??前挡风窗?玻璃?７１０００?０．２?３８６０?８４??司机室骨架??司机室底架??加强板?０６Ｃｒｌ９Ｎｉｌ０?２０４０００?０．２８５?７９３０?２０５??吸能装置??灯座???脚蹬??Ｑ２３５－Ｂ?钢?２１００００?０．２７４?７８３０?２３５??扶手???预埋角铁?Ｑ３４５?钢?２０６０００?０．２８?７８５０?３４５??３．?１．２载荷工况??为方便表述，将车头纵向轴的运行方向设为Ｚ轴正向，车头垂直轴设为Ｚ轴，车头??横向轴的位于水平面上设为Ｆ轴，如图３．４所示。??ｚ?ｚ??▲?▲???？运行方向??７＾）?ＬＪ??—＾■士?支土合?？．ｖ????▲??〇?￣＾??图３．４车头坐标系??Ｆｉｇ．３．４?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｍｅｔｒｏ?ｈｅａｄ??２６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年先进纤维复合材料研发热点回眸[J]. 徐坚,聂铭歧,王熙大,季俊娜,王亚会,张红静. 科技导报. 2019(01)
[2]2018年中国城市轨道交通运营线路统计和分析[J]. 赵昕,顾保南. 城市轨道交通研究. 2019(01)
[3]先进复合材料轨道交通车辆轻量化发展与思考[J]. 章潇慧. 新材料产业. 2019(01)
[4]混杂效应对碳-玻混杂纤维复合材料性能影响研究[J]. 魏俊伟,陶红波,郭万涛. 材料开发与应用. 2018(06)
[5]碳纤维增强树脂基复合材料在轨道交通车辆车体中的应用与思考[J]. 周伟旭. 城市轨道交通研究. 2018(12)
[6]地铁车辆司机室碳纤维复合材料头罩的分步优化设计[J]. 王文斌,冀温源,张栋栋,赵红伟. 城市轨道交通研究. 2018(11)
[7]基于OptiStruct的制动卡钳拓扑优化设计[J]. 宋雪梅,罗永俊,张兴琦. 机械设计. 2018(S1)
[8]纤维增强水泥基复合材料的纤维混杂效应研究进展[J]. 李黎,曹明莉,冯嘉琪. 应用基础与工程科学学报. 2018(04)
[9]纯电动汽车碳纤维复合材料电池箱体的铺层设计研究[J]. 段端祥,赵晓昱. 玻璃钢/复合材料. 2018(06)
[10]弯扭载荷作用变刚度复合材料圆柱壳的屈曲优化[J]. 张冰,孙士平,邓同强,黄思朦. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2018(02)
硕士论文
[1]碳纤维复合材料发动机罩优化设计研究[D]. 韩鹏.吉林大学 2011
本文编号：3227701
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