纤维复合材料在新型地铁转向架上的应用研究
发布时间：2021-05-18 15:51
转向架质量约占整车质量40%,作为支撑列车车体,承受并传递车辆载荷,保证车辆平稳运行的关键部件,对其进行轻量化设计已成为一个发展趋势。碳纤维复合材料（CFRP）相较传统钢材料密度不及其1/4,且比强度高、比模量大,具有更高疲劳强度、冲击强度以及更低的缺口敏感度和裂纹扩散速度等优点。将碳纤维复合材料应用到地铁车辆转向架上,对于车辆轻量化、节能性等方面都有非常重大的意义。本文对碳纤维复合材料新型地铁转向架构架及一系定位拉板进行设计、分析和研究。通过借鉴目前国内外对碳纤维复合材料结构设计和强度分析方法,结合复合材料层合板加工工艺特点及现有结构的性能,对新型地铁转向架构架和一系定位拉板进行结构设计和性能分析。论文进一步对车辆构架进行模拟运营和超常工况下的应力、应变仿真计算。以仿真计算结果为据,对构架进行架静强度和疲劳强度分析。基于一般层合板弹性理论,结合有限元计算方法基本思想,对简单对称层合板算例进行计算分析。通过对比理论及有限元计算两种方法得到的算例正轴和偏轴应力,其相对误差均小于2.5%。表明采用该方法对复合材料层合板进行力学分析的可行性。对碳纤维新型地铁转向架轴箱一系定位装置进行结构设计...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
1.2 复合材料及其概述
1.2.1 复合材料简介
1.2.2 复合材料分类
1.2.3 复合材料的优点
1.2.4 复合材料的应用
1.3 国内外发展现状
1.3.1 国外发展现状
1.3.2 国内发展现状
1.4 本文主要研究内容
第二章 复合材料力学理论基础
2.1 层合板力学基础
2.1.1 层合板力学基本方程
2.1.2 层合板本构关系关系
2.2 单层板弹性特征
2.2.1 单层板正轴刚度
2.2.2 不同直角坐标系下的应力和应变转换
2.2.3 单层板偏轴刚度
2.3 一般层合板弹性特征
2.3.1 层合板刚度
2.3.2 层合板柔度
2.4 本章小结
第三章 复合材料分析方法在ANSYS中的应用
3.1 有限元基本方法
3.2 ANSYS的通用分析
3.2.1 前处理
3.2.2 加载求解
3.2.3 后处理
3.3 复合材料在ANSYS中的分析方法
3.3.1 单元选择
3.3.2 材料模型及层叠结构
3.3.2.1 各叠层分别定义
3.3.2.2 定义本构矩阵
3.3.2.3 失效准则
3.4 算例分析
3.4.1 算例描述
3.4.2 解析算法
3.4.3 ANSYS有限元计算
3.4.4 结果分析
3.5 本章小结
第四章 轴箱一系拉板结构与铺层优化
4.1 拉板基本结构和参数
4.2 拉板结构有限元模型
4.2.1 约束条件和加载位置
4.2.2 计算边界条件
4.2.3 有限元模型坐标定义
4.3 碳纤维材料拉板结构刚度计算
4.3.1 铺层角度对拉板结构刚度影响
4.3.2 铺层顺序对拉板结构刚度影响
4.3.3 拉板层数对拉板结构刚度影响
4.4 碳纤维材料拉板结构稳定性分析
4.5 本章小结
第五章 CFRP新型地铁转向架构架强度分析
5.1 车辆设计参数
5.2 构架静强度计算
5.2.1 构架有限元模型
5.2.2 构架载荷及工况
5.2.2.1 超常载荷
5.2.2.2 模拟运营载荷
5.2.2.3 计算载荷工况组合
5.3 强度评定方法
5.3.1 静强度评价标准
5.3.2 疲劳强度评价标准
5.4 构架强度评价结果
5.4.1 静强度评价结果
5.4.2 疲劳强度评价结果
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Germanischer Lloyd规范Goodman曲线对某型动车组CFRP复合材料设备舱骨架疲劳校核的应用[J]. 秦楠,张向峰,冯学志,王永岩. 复合材料学报. 2019(11)
[2]中车长客研制出世界首辆全碳纤维复合材料地铁车辆车体[J]. 城市轨道交通研究. 2018(02)
[3]70%低地板有轨电车动力转向架构架强度分析[J]. 李金城,李芾,杨阳. 机车电传动. 2016(03)
[4]碳纤维复合材料在汽车、体育用品领域的应用[J]. 罗栋. 合成材料老化与应用. 2016(02)
[5]复合材料转向架构架的应用[J]. 李云召,沈龙江. 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]碳纤维增强复合材料（CFRP）在汽车业上的应用及面临困难[J]. 刘昌,杨世文. 汽车实用技术. 2015(11)
[8]碳纤维增强复合材料在轨道车辆中的应用[J]. 刘晓波,杨颖. 电力机车与城轨车辆. 2015(04)
[9]碳纤维技术发展及应用分析[J]. 孙敏. 煤炭加工与综合利用. 2014(08)
[10]轻量化高性能碳纤维复合材料车体研发关键技术[J]. 刘晓波,杨颖. 合成纤维. 2013(10)
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]地铁车辆转向架构架疲劳可靠性研究[D]. 陈彦达.北京交通大学 2017
[3]有限元软件框架研究及其在线性静力学程序中的应用[D]. 吴锦龙.中国工程物理研究院 2010
[4]基于ANSYS的复合材料仿真分析[D]. 张鑫.西安电子科技大学 2009
本文编号：3194067
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
1.2 复合材料及其概述
1.2.1 复合材料简介
1.2.2 复合材料分类
1.2.3 复合材料的优点
1.2.4 复合材料的应用
1.3 国内外发展现状
1.3.1 国外发展现状
1.3.2 国内发展现状
1.4 本文主要研究内容
第二章 复合材料力学理论基础
2.1 层合板力学基础
2.1.1 层合板力学基本方程
2.1.2 层合板本构关系关系
2.2 单层板弹性特征
2.2.1 单层板正轴刚度
2.2.2 不同直角坐标系下的应力和应变转换
2.2.3 单层板偏轴刚度
2.3 一般层合板弹性特征
2.3.1 层合板刚度
2.3.2 层合板柔度
2.4 本章小结
第三章 复合材料分析方法在ANSYS中的应用
3.1 有限元基本方法
3.2 ANSYS的通用分析
3.2.1 前处理
3.2.2 加载求解
3.2.3 后处理
3.3 复合材料在ANSYS中的分析方法
3.3.1 单元选择
3.3.2 材料模型及层叠结构
3.3.2.1 各叠层分别定义
3.3.2.2 定义本构矩阵
3.3.2.3 失效准则
3.4 算例分析
3.4.1 算例描述
3.4.2 解析算法
3.4.3 ANSYS有限元计算
3.4.4 结果分析
3.5 本章小结
第四章 轴箱一系拉板结构与铺层优化
4.1 拉板基本结构和参数
4.2 拉板结构有限元模型
4.2.1 约束条件和加载位置
4.2.2 计算边界条件
4.2.3 有限元模型坐标定义
4.3 碳纤维材料拉板结构刚度计算
4.3.1 铺层角度对拉板结构刚度影响
4.3.2 铺层顺序对拉板结构刚度影响
4.3.3 拉板层数对拉板结构刚度影响
4.4 碳纤维材料拉板结构稳定性分析
4.5 本章小结
第五章 CFRP新型地铁转向架构架强度分析
5.1 车辆设计参数
5.2 构架静强度计算
5.2.1 构架有限元模型
5.2.2 构架载荷及工况
5.2.2.1 超常载荷
5.2.2.2 模拟运营载荷
5.2.2.3 计算载荷工况组合
5.3 强度评定方法
5.3.1 静强度评价标准
5.3.2 疲劳强度评价标准
5.4 构架强度评价结果
5.4.1 静强度评价结果
5.4.2 疲劳强度评价结果
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Germanischer Lloyd规范Goodman曲线对某型动车组CFRP复合材料设备舱骨架疲劳校核的应用[J]. 秦楠,张向峰,冯学志,王永岩. 复合材料学报. 2019(11)
[2]中车长客研制出世界首辆全碳纤维复合材料地铁车辆车体[J]. 城市轨道交通研究. 2018(02)
[3]70%低地板有轨电车动力转向架构架强度分析[J]. 李金城,李芾,杨阳. 机车电传动. 2016(03)
[4]碳纤维复合材料在汽车、体育用品领域的应用[J]. 罗栋. 合成材料老化与应用. 2016(02)
[5]复合材料转向架构架的应用[J]. 李云召,沈龙江. 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]碳纤维增强复合材料（CFRP）在汽车业上的应用及面临困难[J]. 刘昌,杨世文. 汽车实用技术. 2015(11)
[8]碳纤维增强复合材料在轨道车辆中的应用[J]. 刘晓波,杨颖. 电力机车与城轨车辆. 2015(04)
[9]碳纤维技术发展及应用分析[J]. 孙敏. 煤炭加工与综合利用. 2014(08)
[10]轻量化高性能碳纤维复合材料车体研发关键技术[J]. 刘晓波,杨颖. 合成纤维. 2013(10)
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]地铁车辆转向架构架疲劳可靠性研究[D]. 陈彦达.北京交通大学 2017
[3]有限元软件框架研究及其在线性静力学程序中的应用[D]. 吴锦龙.中国工程物理研究院 2010
[4]基于ANSYS的复合材料仿真分析[D]. 张鑫.西安电子科技大学 2009
本文编号：3194067
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