地铁列车复合材料司机室性能仿真分析
发布时间：2022-01-12 02:52
随着国家对轨道交通行业的重视程度逐年增大,我国的轨道交通行业正在进入飞速发展时期,同时也带动了轨道交通车辆设计与制造技术水平的提高。车体结构的轻量化是现代车辆设计以及制造过程中所追求的重要目标。在列车车体以及零部件使用复合材料成为了国内外专家学者以及制造企业研究的内容之一。首先,本文介绍了车辆轻量化的研究背景与意义,阐释了在铁道车辆领域使用复合材料的国内外发展状况,并对司机室使用复合材料的研究现状进行了分析。本文以某型地铁的玻璃钢材料司机室外罩为原型,设计了碳纤维层合板材料和碳纤维-蜂窝铝夹芯材料的两种司机室外罩。并基于有限元建模软件HyperMesh建立了三种材料的司机室有限元模型。然后,应用OptiStruct求解器,分别对玻璃钢司机室、碳纤维司机室和碳纤维-蜂窝铝司机室外罩强度进行仿真计算,并将力学性能计算结果进行对比。结果表明,三种材料司机室在七种工况下均不发生破坏,并对失效因子和位移值进行了对比研究。在同一厚度尺寸下,与玻璃纤维材料相比,碳纤维层合板材料司机室外罩重量下降1 1.18%,初始破坏载荷提高74.49%,初始破坏载荷-重量比提高96.45%。与碳纤维层合板材料相比...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１碳纤维地铁??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ｍｅｔｒｏ??
及界面的物理和几何性质。单层是构成纤维增强复合材料结构的基本单元，是??分析层合板结构的基矗纤维增强复合材料单层板很薄，使用树脂固化后约为０．１ｍｍ－??０．３ｍｍ，与法线方向有关的应力分量与面内应力分量相比很小，可以忽略不计。因此??单层板的分析可以简化为二维广义平面应力问题。??单层板内的纤维主要有两种形式，即单向纤维或经纬正交编制的纤维。增强纤维??方向或者织物的径向纤维为材料的主方向，称之为１向或纵向。垂直于增强纤维方向??或者织物方向为材料的另一个主方向，称为２向或横向。如图２．１所示，垂直于单层板??平面方向为３向，也称为层间方向。１－２－３构成的坐标系为材料的主轴坐标系，又称为??正轴坐标系｜３２］。??（ａ）单向纤维?（ｂ）织物纤维??图２．１单层板纤维结构与坐标系??Ｆｉｇ．?２．１?Ｆｉｂｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｓｉｎｇｌｅ?ｐａｎｅｌ??对于简单层板（单向层板）来说，在弹性性能上，有四个独立的工程弹性常数：??７??
?大连交通大学工程硕士学位论文???第三章司机室有限元模型的建立??复合材料因其各项异性的特点，以往的有限元方法不能满足复杂的层合板结构力??学性能的分析需求。因此，本章对复合材料层合板结构有限元模型的建立过程进行了??介绍，并对材料参数的赋予以及复合材料铺层的设计进行了阐述。以某型地铁玻璃钢??司机室为原型，并新设计了碳纤维材料以及碳纤维－蜂窝铝材料的两种轻质材料司机室，??进而分析失效因子的分布趋势和初始破坏载荷大校??３．１有限元模型建立??３．１．１几何模型与有限元网格的划分??现代地铁列车的司机室外罩结构基本上都是由复合材料一体成型，并安装在车体??钢骨架上。本文以某种地铁的司机室外罩结构为研宄对象，原材质为８ｍｍ玻璃钢材料，??通过Ｃ型槽以及螺栓固定在司机室骨架上。司机室外罩为风挡玻璃、雨刷器、车号灯??和小侧窗提供了安装位置。该地铁司机室外罩的几何模型如３．１所示。??＇?Ｉ玻璃钢外罩、??ｓｉｓａｌ??图３．１司机室几何模型??Ｆｉｇ．?３．１?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｃａｂ??本课题所研宄的地铁列车司机室应用复合材料的有限元分析过程中，根据复合材??料力学模型理论基础，按照理想情况对复合材料进行计算。层合板在有限元计算过程??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]动车组车头玻璃钢外壳强度有限元分析[J]. 李兴元,王悦东,王剑. 农业装备与车辆工程. 2017(10)
[3]动车组玻璃钢车头及联接结构建模方法研究[J]. 李晓峰,孙博飞,高峰. 大连交通大学学报. 2016(01)
[4]复合材料结构部件在高速动车组上的应用研究及性能评价[J]. 张丽荣,陈煜,张娟歌,刘小霞,张建敏,马纪军. 电力机车与城轨车辆. 2015(S1)
[5]碳纤维复合材料在高速列车头罩上的应用研究[J]. 王明猛,肖守讷,阳光武,杨冰,朱涛. 电力机车与城轨车辆. 2015(S1)
[6]高速动车组碳纤维复合材料应用研究[J]. 丁叁叁,田爱琴,王建军,滕乐天. 电力机车与城轨车辆. 2015(S1)
[7]非对称碳—玻璃混合纤维复合材料地铁司机室头罩设计[J]. 冯学斌,李晓,曾竟成,邬志华,杨孚标,彭超义. 铁道机车车辆. 2015(03)
[8]城市轨道交通车辆轻量化司机室结构研究[J]. 王永刚,李东锋,刘森. 铁道机车与动车. 2013(11)
[9]高速列车玻璃钢裙板结构强度分析[J]. 范乐天,章国平,管全梅,窦向坤,张雷. 中国铁路. 2013(11)
[10]酚醛玻璃钢在城轨车辆司机室端罩上的应用[J]. 王京军,何燕华. 科技资讯. 2013(32)
博士论文
[1]颗粒填充纤维增强复合材料动态力学性能及其夹芯结构抗撞击性能研究[D]. 邬志华.国防科学技术大学 2016
硕士论文
[1]动车组碳纤维材料设备舱骨架力学性能研究[D]. 张向峰.青岛科技大学 2017
[2]纤维树脂复合材料的正向设计及其性能研究[D]. 陈梦露.吉林大学 2017
[3]基于二次开发的复合材料优化技术研究[D]. 杨述松.重庆理工大学 2015
[4]复合纤维风机叶片铺层结构优化设计及应用[D]. 王慧敏.内蒙古工业大学 2014
[5]复合材料蜂窝夹层结构性能与连接研究及其在汽车车身上的应用[D]. 杨柳.华南理工大学 2012
[6]碳纤维复合材料在高速列车上的应用研究[D]. 王明猛.西南交通大学 2012
[7]玻璃纤维/不饱和聚酯树脂层合板的抗冲击性能研究[D]. 董卫卫.天津工业大学 2007
本文编号：3583959
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１碳纤维地铁??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ｍｅｔｒｏ??
及界面的物理和几何性质。单层是构成纤维增强复合材料结构的基本单元，是??分析层合板结构的基矗纤维增强复合材料单层板很薄，使用树脂固化后约为０．１ｍｍ－??０．３ｍｍ，与法线方向有关的应力分量与面内应力分量相比很小，可以忽略不计。因此??单层板的分析可以简化为二维广义平面应力问题。??单层板内的纤维主要有两种形式，即单向纤维或经纬正交编制的纤维。增强纤维??方向或者织物的径向纤维为材料的主方向，称之为１向或纵向。垂直于增强纤维方向??或者织物方向为材料的另一个主方向，称为２向或横向。如图２．１所示，垂直于单层板??平面方向为３向，也称为层间方向。１－２－３构成的坐标系为材料的主轴坐标系，又称为??正轴坐标系｜３２］。??（ａ）单向纤维?（ｂ）织物纤维??图２．１单层板纤维结构与坐标系??Ｆｉｇ．?２．１?Ｆｉｂｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｓｉｎｇｌｅ?ｐａｎｅｌ??对于简单层板（单向层板）来说，在弹性性能上，有四个独立的工程弹性常数：??７??
?大连交通大学工程硕士学位论文???第三章司机室有限元模型的建立??复合材料因其各项异性的特点，以往的有限元方法不能满足复杂的层合板结构力??学性能的分析需求。因此，本章对复合材料层合板结构有限元模型的建立过程进行了??介绍，并对材料参数的赋予以及复合材料铺层的设计进行了阐述。以某型地铁玻璃钢??司机室为原型，并新设计了碳纤维材料以及碳纤维－蜂窝铝材料的两种轻质材料司机室，??进而分析失效因子的分布趋势和初始破坏载荷大校??３．１有限元模型建立??３．１．１几何模型与有限元网格的划分??现代地铁列车的司机室外罩结构基本上都是由复合材料一体成型，并安装在车体??钢骨架上。本文以某种地铁的司机室外罩结构为研宄对象，原材质为８ｍｍ玻璃钢材料，??通过Ｃ型槽以及螺栓固定在司机室骨架上。司机室外罩为风挡玻璃、雨刷器、车号灯??和小侧窗提供了安装位置。该地铁司机室外罩的几何模型如３．１所示。??＇?Ｉ玻璃钢外罩、??ｓｉｓａｌ??图３．１司机室几何模型??Ｆｉｇ．?３．１?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｃａｂ??本课题所研宄的地铁列车司机室应用复合材料的有限元分析过程中，根据复合材??料力学模型理论基础，按照理想情况对复合材料进行计算。层合板在有限元计算过程??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]动车组车头玻璃钢外壳强度有限元分析[J]. 李兴元,王悦东,王剑. 农业装备与车辆工程. 2017(10)
[3]动车组玻璃钢车头及联接结构建模方法研究[J]. 李晓峰,孙博飞,高峰. 大连交通大学学报. 2016(01)
[4]复合材料结构部件在高速动车组上的应用研究及性能评价[J]. 张丽荣,陈煜,张娟歌,刘小霞,张建敏,马纪军. 电力机车与城轨车辆. 2015(S1)
[5]碳纤维复合材料在高速列车头罩上的应用研究[J]. 王明猛,肖守讷,阳光武,杨冰,朱涛. 电力机车与城轨车辆. 2015(S1)
[6]高速动车组碳纤维复合材料应用研究[J]. 丁叁叁,田爱琴,王建军,滕乐天. 电力机车与城轨车辆. 2015(S1)
[7]非对称碳—玻璃混合纤维复合材料地铁司机室头罩设计[J]. 冯学斌,李晓,曾竟成,邬志华,杨孚标,彭超义. 铁道机车车辆. 2015(03)
[8]城市轨道交通车辆轻量化司机室结构研究[J]. 王永刚,李东锋,刘森. 铁道机车与动车. 2013(11)
[9]高速列车玻璃钢裙板结构强度分析[J]. 范乐天,章国平,管全梅,窦向坤,张雷. 中国铁路. 2013(11)
[10]酚醛玻璃钢在城轨车辆司机室端罩上的应用[J]. 王京军,何燕华. 科技资讯. 2013(32)
博士论文
[1]颗粒填充纤维增强复合材料动态力学性能及其夹芯结构抗撞击性能研究[D]. 邬志华.国防科学技术大学 2016
硕士论文
[1]动车组碳纤维材料设备舱骨架力学性能研究[D]. 张向峰.青岛科技大学 2017
[2]纤维树脂复合材料的正向设计及其性能研究[D]. 陈梦露.吉林大学 2017
[3]基于二次开发的复合材料优化技术研究[D]. 杨述松.重庆理工大学 2015
[4]复合纤维风机叶片铺层结构优化设计及应用[D]. 王慧敏.内蒙古工业大学 2014
[5]复合材料蜂窝夹层结构性能与连接研究及其在汽车车身上的应用[D]. 杨柳.华南理工大学 2012
[6]碳纤维复合材料在高速列车上的应用研究[D]. 王明猛.西南交通大学 2012
[7]玻璃纤维/不饱和聚酯树脂层合板的抗冲击性能研究[D]. 董卫卫.天津工业大学 2007
本文编号：3583959
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