客车水箱双向流固耦合动力学分析与结构优化

发布时间：2022-12-07 03:10

　　铁路客车水箱是客车上必不可少的储水设备,具有容量大,强度好以及所占用的空间小等优点。随着我国铁路列车行业全面大幅度提速后,在列车运行途中会经常进行加速、制动操作,列车的大幅度冲击和振动导致客车水箱内部水体的冲击和晃动也变的日益突出,使水箱箱壁受到的冲击载荷也变大。因此,通过研究水箱内液体晃动的运动过程,对保证水箱结构强度及使用的安全性具有重要意义。同时,通过优化水箱防波板孔径和厚度及箱体箱壁厚度,对水箱应力的合理分布和水箱轻量化有着十分重要的作用。本文以铁路普通客车水箱为研究对象,基于有限元及双向流固耦合的理论,对水箱进行了冲击强度分析,并对水箱防波板孔径尺寸及箱体厚度进行了优化。本文首先利用SCDM软件结合水箱实际尺寸建立了水箱结构及流体的几何参数化模型,分别对水箱结构和流体划分网格,并且网格质量要较好。然后,利用有限元分析软件ANSYS Workbench并使用双向流固耦合法,根据《GB/T21563-2008轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》中的相关标准对水箱的纵向方向进行冲击振动分析。分别对盛水量为30%、50%、80%的水箱进行冲击强度分析,分析水箱在冲击工况下冲击应力对水... 

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 流固耦合问题概述
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 结构优化问题概述
    1.4 目前研究的不足
    1.5 本文研究的主要内容
2 流固耦合和结构优化设计理论
    2.1 流固耦合理论
        2.1.1 流固耦合分类
        2.1.2 流固耦合数值计算的研究方法
        2.1.3 流固耦合系统基本控制方程
    2.2 结构优化设计
        2.2.1 结构优化数学模型的建立
        2.2.2 结构优化的三要素
        2.2.3 结构优化的算法
    2.3 本章小结
3 水箱结构的有限元模型
    3.1 ANSYS Space Claim软件介绍
    3.2 水箱三维模型
    3.3 水箱结构和流体域有限元模型的建立
    3.4 本章小结
4 水箱冲击强度及模态分析
    4.1 CFX软件介绍
    4.2 水箱冲击强度分析
        4.2.1 双向流固耦合
        4.2.2 VOF模型
        4.2.3 冲击工况与计算方法
        4.2.4 边界条件的设置
        4.2.5 水箱冲击计算结果分析
    4.3 水箱预应力模态分析
    4.4 本章小结
5 基于响应面法的结构优化
    5.1 响应面优化方法的概述
    5.2 客车水箱结构优化设计数学模型
        5.2.1 目标函数
        5.2.2 约束条件
        5.2.3 设计变量
    5.3 试验设计方法
    5.4 水箱结构响应面近似模型
    5.5 水箱结构优化结果
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于响应面近似模型的汽车后桥桥壳优化[J]. 王强,苏小平,尹振华.  轻工学报. 2019(01)
[2]基于流固耦合的货车燃油箱动力学仿真分析及试验验证[J]. 程贤福,程安辉,李晶,梁高峰.  噪声与振动控制. 2019(01)
[3]振动冲击下水体晃荡对水箱部件动力学特性的影响[J]. 宿崇,马纪军,张伟庆.  机械设计. 2018(06)
[4]D24施工便梁有限元分析及优化设计[J]. 王玉璞,程文明.  机械设计与制造. 2018(04)
[5]针对液体晃荡问题的航天器贮箱新概念设计[J]. 万诺,陈德超.  科技经济导刊. 2017(11)
[6]热流固耦合下增压器涡壳多目标优化[J]. 李发宗,童水光,袁铭鸿.  中国机械工程. 2016(06)
[7]充液贮箱液固耦合振动模态与阻尼比研究[J]. 沈骥,张美艳,唐国安.  振动与冲击. 2016(04)
[8]基于双向流固耦合的动车组水箱强度分析[J]. 吴作伟,梁闯,郭海霞.  北京交通大学学报. 2012(06)
[9]运动罐体内液体晃动的双向流固耦合数值分析[J]. 刘小民,王星,许运宾.  西安交通大学学报. 2012(05)
[10]超大型储液罐流固耦合振动分析[J]. 陈贵清,杨雪梅.  唐山学院学报. 2011(03)

硕士论文
[1]基于流固耦合的客车水箱结构强度与动力学分析[D]. 李海鸣.兰州交通大学 2019
[2]高速动车组车下悬吊水箱设备液固耦合振动分析和影响研究[D]. 罗超勇.西南交通大学 2014
[3]基于双向流固耦合的200升水箱结构优化[D]. 胡萍.北京交通大学 2014
[4]基于流固耦合作用罐式集装箱的强度分析与研究[D]. 孙丽娜.南昌大学 2012
[5]基于流固耦合分析的动车组水箱结构优化设计[D]. 梁闯.北京交通大学 2012
[6]基于ANSYS Workbench的流固耦合计算研究及工程应用[D]. 解元玉.太原理工大学 2011
[7]基于对称拉丁超立方设计的多目标进化算法[D]. 王群.西安电子科技大学 2011
[8]移动式压力容器介质晃动数值模拟及防波装置研究[D]. 陈志伟.浙江大学 2006



本文编号：3712124