A型地铁铝合金车体结构轻量化研究
发布时间：2022-12-06 21:53
随着我国城市地铁交通的不断发展,地铁车辆的车体轻量化设计变得愈发重要。这是因为车体重量的降低既有利于提高地铁列车的运行速度,增大载客能力,又可以降低制造和运营成本。车体经过轻量化设计后,车体的刚度及固有频率可能会有所降低,从而使车体在受到来自线路或其他方面的激扰时更容易发生振动。如果振动超过一定限度,就会影响车辆的运行品质和乘客的乘坐舒适性。为此,本文在不降低刚度及固有频率的情况下对车体进行轻量化研究。本文阐述了近年来国内外关于轨道车辆车体的轻量化研究的现状。以某A型地铁铝合金车体为研究对象,在充分了解其结构特点的基础上,合理的简化了车体结构,建立了车体的有限元模型。对车体的强度、刚度及模态进行了有限元仿真分析,并依据相关标准对车体的各项性能进行了校核,可知车体的各项性能均满足标准的要求。在车体性能分析的基础上,以车顶、侧墙及底架边梁型材的板件厚度作为设计变量,采用了两步优化策略,完成了车体的轻量化研究。在第一次优化中,基于对质量灵敏度、应力灵敏度、位移灵敏度和相对灵敏度的分析,对设计变量进行了分类,并调整了各类设计变量值的变化范围。以减轻车体重量为优化目的,对车体进行了优化。以第一次...
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究意义
1.3 国内外轨道车辆的车体轻量化研究的现状
1.3.1 新型材料的研发及应用现状
1.3.2 车体结构优化设计的现状
1.4 本文的研究内容
第二章 基本理论概述及优化软件介绍
2.1 有限元方法的基本理论
2.1.1 有限元方法的发展
2.1.2 有限元方法的分析过程
2.2 模态分析的基本理论
2.3 灵敏度分析的基本理论
2.3.1 灵敏度分析概述
2.3.2 位移灵敏度
2.3.3 应力灵敏度
2.3.4 模态频率灵敏度
2.4 结构优化设计的基本理论
2.4.1 基本理论与数学模型
2.4.2 结构优化设计方法
2.5 OptiStruct的概述和优化流程
2.5.1 OptiStruct软件简介
2.5.2 OptiStruct的优化流程
第三章 车体结构简介及车体有限元模型的建立
3.1 车体结构简介
3.1.1 车辆的主要技术参数
3.1.2 车体的主要组成部分
3.1.3 车体的材料属性
3.2 车体有限元模型的建立
3.2.1 结构的简化
3.2.2 各种连接关系的模拟
3.2.3 有限元模型的建立
第四章 车体性能的有限元仿真分析
4.1 车体性能的评定标准
4.1.1 强度的评定标准
4.1.2 刚度的评定标准
4.1.3 模态的评定标准
4.2 车体强度及刚度分析
4.2.1 载荷的确定
4.2.2 约束条件的确定
4.2.3 计算工况的确定
4.2.4 强度分析
4.2.5 刚度分析
4.3 车体模态分析
4.3.1 空车状态下车体的模态计算结果
4.3.2 整备状态下车体的模态计算结果
本章小结
第五章 车体结构轻量化研究
5.1 基于强度和刚度的车体优化
5.1.1 灵敏度分析
5.1.2 相对灵敏度分析
5.1.3 优化设计变量值的变化范围
5.1.4 优化数学模型
5.1.5 优化结果
5.1.6 优化后车体性能的分析
5.2 基于模态频率的车体优化
5.2.1 灵敏度分析
5.2.2 相对灵敏度分析
5.2.3 优化设计变量值的变化范围
5.2.4 优化数学模型
5.2.5 优化结果
5.2.6 优化后车体性能的分析
本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]论城市建设与城市轨道交通[J]. 印咏. 科技经济导刊. 2018(33)
[2]轨道交通建设对城市经济的促进及影响[J]. 赵林. 科技与创新. 2018(20)
[3]城轨车辆轻量化设计发展方向研究[J]. 刘厚林. 机械设计. 2018(10)
[4]基于传递特性的某地铁车辆异常振动分析[J]. 谢丹,刘涛,张向海. 铁道机车车辆. 2018(03)
[5]复合材料在轨道交通车体结构中的应用[J]. 邓锐,李华丽. 机车车辆工艺. 2017(06)
[6]A型地铁铝合金车体轻量化设计及结构优化设计研究[J]. 王国军,王丽. 技术与市场. 2017(12)
[7]轨道交通装备碳纤维复合材料的应用[J]. 贺冠强,刘永江,李华,刘海涛,何多昌. 机车电传动. 2017(02)
[8]纤维复合材料在轨道交通中的应用概况[J]. 江洪,张晓丹,刘义鹤. 新材料产业. 2017(02)
[9]基于轻量化及刚度的铝合金车体承载结构参数选择研究[J]. 贺小龙,张立民,鲁连涛,邱飞力,田爱琴. 铁道学报. 2016(11)
[10]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)
博士论文
[1]高速列车车体固有频率分析及优化设计方法研究[D]. 于金朋.西南交通大学 2018
[2]高速列车车体设计关键技术研究[D]. 丁叁叁.北京交通大学 2016
[3]城市轨道交通再生制动能量利用技术研究[D]. 许爱国.南京航空航天大学 2009
[4]结构优化中的遗传算法研究和应用[D]. 唐文艳.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]粒子群算法的改进及其在CRH3型动车组结构优化的应用研究[D]. 王婵.北京交通大学 2018
[2]基于铁路客车碳钢车体的轻量化提升与应用[D]. 杜彦品.西南交通大学 2017
[3]高速列车车体结构分析及优化方法研究[D]. 史艳民.西南交通大学 2017
[4]基于轻量化的CRH3型动车组底架结构优化设计[D]. 赵宁.北京交通大学 2017
[5]基于超单元法的地铁车辆铝合金车体轻量化研究[D]. 郑若瑜.西南交通大学 2016
[6]标准化动车组中间车体侧墙轻量化与结构优化设计[D]. 胡志峰.北京交通大学 2016
[7]基于网格变形的标准动车组底架结构优化[D]. 高润鸿.北京交通大学 2016
本文编号：3711699
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究意义
1.3 国内外轨道车辆的车体轻量化研究的现状
1.3.1 新型材料的研发及应用现状
1.3.2 车体结构优化设计的现状
1.4 本文的研究内容
第二章 基本理论概述及优化软件介绍
2.1 有限元方法的基本理论
2.1.1 有限元方法的发展
2.1.2 有限元方法的分析过程
2.2 模态分析的基本理论
2.3 灵敏度分析的基本理论
2.3.1 灵敏度分析概述
2.3.2 位移灵敏度
2.3.3 应力灵敏度
2.3.4 模态频率灵敏度
2.4 结构优化设计的基本理论
2.4.1 基本理论与数学模型
2.4.2 结构优化设计方法
2.5 OptiStruct的概述和优化流程
2.5.1 OptiStruct软件简介
2.5.2 OptiStruct的优化流程
第三章 车体结构简介及车体有限元模型的建立
3.1 车体结构简介
3.1.1 车辆的主要技术参数
3.1.2 车体的主要组成部分
3.1.3 车体的材料属性
3.2 车体有限元模型的建立
3.2.1 结构的简化
3.2.2 各种连接关系的模拟
3.2.3 有限元模型的建立
第四章 车体性能的有限元仿真分析
4.1 车体性能的评定标准
4.1.1 强度的评定标准
4.1.2 刚度的评定标准
4.1.3 模态的评定标准
4.2 车体强度及刚度分析
4.2.1 载荷的确定
4.2.2 约束条件的确定
4.2.3 计算工况的确定
4.2.4 强度分析
4.2.5 刚度分析
4.3 车体模态分析
4.3.1 空车状态下车体的模态计算结果
4.3.2 整备状态下车体的模态计算结果
本章小结
第五章 车体结构轻量化研究
5.1 基于强度和刚度的车体优化
5.1.1 灵敏度分析
5.1.2 相对灵敏度分析
5.1.3 优化设计变量值的变化范围
5.1.4 优化数学模型
5.1.5 优化结果
5.1.6 优化后车体性能的分析
5.2 基于模态频率的车体优化
5.2.1 灵敏度分析
5.2.2 相对灵敏度分析
5.2.3 优化设计变量值的变化范围
5.2.4 优化数学模型
5.2.5 优化结果
5.2.6 优化后车体性能的分析
本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]论城市建设与城市轨道交通[J]. 印咏. 科技经济导刊. 2018(33)
[2]轨道交通建设对城市经济的促进及影响[J]. 赵林. 科技与创新. 2018(20)
[3]城轨车辆轻量化设计发展方向研究[J]. 刘厚林. 机械设计. 2018(10)
[4]基于传递特性的某地铁车辆异常振动分析[J]. 谢丹,刘涛,张向海. 铁道机车车辆. 2018(03)
[5]复合材料在轨道交通车体结构中的应用[J]. 邓锐,李华丽. 机车车辆工艺. 2017(06)
[6]A型地铁铝合金车体轻量化设计及结构优化设计研究[J]. 王国军,王丽. 技术与市场. 2017(12)
[7]轨道交通装备碳纤维复合材料的应用[J]. 贺冠强,刘永江,李华,刘海涛,何多昌. 机车电传动. 2017(02)
[8]纤维复合材料在轨道交通中的应用概况[J]. 江洪,张晓丹,刘义鹤. 新材料产业. 2017(02)
[9]基于轻量化及刚度的铝合金车体承载结构参数选择研究[J]. 贺小龙,张立民,鲁连涛,邱飞力,田爱琴. 铁道学报. 2016(11)
[10]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)
博士论文
[1]高速列车车体固有频率分析及优化设计方法研究[D]. 于金朋.西南交通大学 2018
[2]高速列车车体设计关键技术研究[D]. 丁叁叁.北京交通大学 2016
[3]城市轨道交通再生制动能量利用技术研究[D]. 许爱国.南京航空航天大学 2009
[4]结构优化中的遗传算法研究和应用[D]. 唐文艳.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]粒子群算法的改进及其在CRH3型动车组结构优化的应用研究[D]. 王婵.北京交通大学 2018
[2]基于铁路客车碳钢车体的轻量化提升与应用[D]. 杜彦品.西南交通大学 2017
[3]高速列车车体结构分析及优化方法研究[D]. 史艳民.西南交通大学 2017
[4]基于轻量化的CRH3型动车组底架结构优化设计[D]. 赵宁.北京交通大学 2017
[5]基于超单元法的地铁车辆铝合金车体轻量化研究[D]. 郑若瑜.西南交通大学 2016
[6]标准化动车组中间车体侧墙轻量化与结构优化设计[D]. 胡志峰.北京交通大学 2016
[7]基于网格变形的标准动车组底架结构优化[D]. 高润鸿.北京交通大学 2016
本文编号：3711699
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3711699.html
