动车组的三维建模及静强度分析

CRH型动车组的三维 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 及静强度 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 热能与动力工程  201004437  何飞 指导老师  李刚（教授） 摘  要 我国铁路己经进入高速发展的阶段，高速动车组受到了广泛的重视，而车体是列车运行性能的重要体现，在列车设计中占有重要的地位。本论文工作主要是对CHR2高速动车组头车车体结构进行有限元分析和强度评价。 本文针对CRH2型动车组进行合理的简化并建立三维整车几何模型，并在此基础上，利用壳 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 及体单元建立车体有限元模型。参照相应 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 对铝合金车体在满载荷下会车时的疲劳强度进行计算分析。同时还对铝合金车体的模态进行了分析。得出结论：车体结构强度、刚度满足要求。 关键词：高速列车，车体，有限元分析，强度，载荷识别。 ABSTRACT In the stage of high-speed development of our country railway,the high-speed function of the train is subjected to an extensive value.The car body is the important expression of the train’s performance,and it occupies an important position in the train design.This paper is mainly divided into two parts:one part is the finite element analysis about the vehicle car body,the other part is the load identification. In this paper,reasonable simplification is done at the foundation of two-dimensional engineering drawings of the vehicle body manufactured by CSR SiFang Locomotive and Rolling Stock CO”LTD,The 3D models of the vehicle body is established.Based on this,using shell elements and solid elements,the finite element model of the car body is established.According to standard,strength and its fatigue strength under typical load calculation of the aluminum alloy car body is carried on analysis.The specific condition has five kinds:vertical load，car-compression load，reversing load,three support loads，hermetic load Also modes of the car body at different modes are analyzed. Measure the dynamic stress of the truck body CHR2 and carry on processing analysis towards the dynamic stress signal.With all these results and the results of element analysis,the identifications about the lotus coefficient,coupler load and the load on anti-yaw damper are fulfilled.The identification results of trains running in both the online and 200 km/h speed grades lines are analyzed and compared. KEYWORDS:high-speed train,，vehicle body，finite element analysis，strength ，load identification 1  绪论 1.1  课题研究的背景 随着国民经济的快速发展，对铁路运输提出了更高的要求，中国铁路不断提速，在这样的大背景下，中国铁路总公司通过引进吸收高铁技术。高速铁路作为现代社会的一种新的运输方式，具有极为明显的优势。在运行速度上和运输能力上有很大的优势并节能环保。 1.2  动车组CRH2的结构模型建立并进行结构强度分析 在充分了解分析动车组CRH2头车的车体结构和相应的铝合金车体结构特点和材料力学性能的基础上，通过三维建模软件SOLIDWORKS建立三维模型。借鉴国内外的车辆技术及具体使用情况对CRH2动车组的载荷工况进行分析，分析在满载的情况下会车时车体侧面承受的侧向压力。 2  CRH2车体结构简介 2.1  CRH2车体 高速动车组比传统机车车辆的运营速度有大幅度增加，这要求动车组车体结构的设计需考虑： 为了减小空气阻力，车体外型需设计成流线型；为了提高乘坐舒适度，车体需采用气密结构；为降低能耗，车体需采用轻量化设计。 由于铝合金材料的密度低，重量轻，强度大、刚度好，所以在高速动车组车体上得到了广泛应用。 2.1.1  车体承载结构特点 由于车体需要承受旅客的重量和各种设备的重量，以及动车组在运行过程中的纵向、横向、垂向和扭转等载荷，所以车体需有足够的强度和刚度。高速动车组车体采用铝合金筒形整体承载结构，能够达到必要的强度和刚度，同时实现结构轻量化。 筒形整体承载结构由很多轻便的纵向梁和横向梁组成封闭的环状骨架，并在外面焊接金属包板后形成承载结构。其中金属包板承担剪切载荷和拉伸载荷，骨架承担压缩载荷和弯曲载荷。 筒型铝合金车体结构的优点是工艺性好、减轻车辆自重、降低能耗、减少运行成本和维护成本。近年来车体大量采用大型、中空、薄壁的铝合金挤压型材，实现了自动焊接工艺，提高了质量和生产效率。 2.1.2  车体用铝合金材料 高速动车组铝合金车体材料主要有5000系、6000系和7000系。5000系合金是形变Al-Mg合金；6000系合金是形变Al-Mg-Si合金；7000系合金是形变Al-Zn-Mg合金。 各种铝合金材料的具体技术特征如下： 5083是焊接结构用铝合金，是非热处理合金中强度最大的高耐腐蚀性合金，适合于焊接结构。但挤压加工性较差，难以得到薄壁及中空型材。6N01是中等强度的耐腐蚀性铝合金，挤压加工性、加压淬火性均比较优良，能制造出复杂形状的大型薄壁型材，耐腐蚀性、焊接性较好。7N01也是焊接结构用铝合金，其强度高，并且通过常温时效处理，焊接部分的强度能够恢复到接近于母材的强度，耐腐蚀性好。 2.2  CRH2型动车组车体结构 2.2.1  车体结构及主要技术参数 CRH2型动车组采用4动4拖共8辆车编组形式，车体结构主要分为头车车体和中间车车体两种。头车车体由底架、侧墙、车顶、端墙、车体附件及司机室头部结构组成，中间车车体由底架、侧墙、车顶、端墙及车体附件组成。 2.2.2  车体结构特点 以中空型材为主构成的车体结构称为双壳结构。近年来，由于兼顾乘坐舒适性，车体轻量化，因此合理控制车体结构的重量。双壳结构型材带有中空腔,地板采用单壳结构型材。CRH2型动车组车体即采用此种双壳结构。 CRH2型动车组车体结构具有以下特点： 车体结构采用双壳结构，减少零件数量，虽相对于单壳结构较重，但其刚性高，降噪效果好，乘车舒适性提高；大幅降低轴重，从而降低运营成本；车体使用铝合金材料，可回收，对环境损害低，寿命周期成本低；防腐性好，可以实现无涂装设计；采用不燃性材料，防火性能好；能扩大自动化焊接范围，提高生产效率，降低制造成本，提高质量；在部分中空铝型材的中空空腔内部贴有防振材料以达到隔音减振的目的。 2.3  CRH2动车组头部结构 头部结构按车头断面形状变化将纵骨架形成环状，与横向骨架叉接组焊，骨架外焊接铝板。对需要更高强度的部位，采取增加板厚、缩小骨架间距、增加加强材等措施。整个头部结构焊接严格要求气密性，结构上适应配线、配管及内装需要。 头部结构形状对列车运行的空气阻力、气动噪音、列车交会压力波、隧道微气压效应及移动压力场等影响较大，是影响列车空气动力学性能的关键因素。 CRH2型动车组头部结构设计利用现代的流场计算CFD软件进行三维建模分析，并进行模型的风洞试验和三维隧道驶入分析。为使动车组有良好的空气动力学性能，主要为降低空气阻力及交会压力。此外，高速动车组除了考虑空气动力学的影响，还主要考虑侧风和车下风阻的影响，因此在设计车体断面时要考虑整个侧墙及车顶的光滑性和圆弧过渡，在设计车体的下部设备舱的时候要考虑裙板的位置及圆弧过渡等。CRH2型动车组较好地考虑了空气动力学的综合影响，实车试验表明动车组车体有良好的空气动力学性能。 3 车体强度设计 3.1  车体强度设计依据 CRH2型动车组车体结构强度按照《铁道车辆车体结构的载荷试验方法》进行设计，同时考虑了我国车辆的实际运用情况，每定员载荷为90kg。 3.2  车体结构强度计算分析 车体结构的强度分为承受垂直载荷、车端压缩载荷等的静态强度以及承受垂向振动、气密交变载荷等的动态强度。静强度计算以材料弹性极限为标准值，动态强度以材料的疲劳强度为标准值。在工程实际中，评估动态强度时的应力是加载交变载荷的最大应力。为此，动态强度也可以参照静态强度的评估方法，可以将发生附加载荷的应力与标准值相比较，由此来进行评估，即采用“动化静”的方法。 3.3  车体静强度试验结果 车体结构载荷试验目的是确认车体结构是否具有足够的强度及刚度。 CRH2型动车组车体结构强度试验参照JIS E 7105《铁路车辆车体结构的载荷试验方法》执行。试验时应力测点布置应着重注意在应力集中部位、设计改进部位和常规部位。即主要考察车体结构开口部位、车头安装部位、顶车部位以及通过有限元分析显示高应力部位。以T1C车车体静强度试验结果为例进行说明。垂直载荷试验测得应力最大点在靠近2位端枕梁内侧左上角窗口部。这说明垂直力的作用下，靠近枕梁附近的窗口角部容易产生应力集中，因而窗口部应该是车体结构设计重点考虑的部位。试验是评价、检验、指导设计的重要依据，高速车项目更要重视试验，使试验结果更好地反馈到设计当中，让试验更贴近现实。 4  车体结构强度分析 4.1  工况的确定 4.1.1  工况的选择 考查满载下会车时车体受到的侧压力引起的变形。由于生活质量的不断提升，现代人的体重身高都在不断的增长，考虑10年以后体重的增长趋势，将每个人的体重设的偏大一些，并且中国人的个头比日本要高大，尤其是中国的北方地区，因此取垂向载荷(90kg/人，并考虑机器设备集中载荷）。 动车组会车时产生的侧向压力为1500pa。 4.2  载荷的确定 4.2.1  纵向压力 根据JISE7106“曰本铁路通用规范”的有关要求，垂向动荷系数取0.1，车体重量W为282kN,垂向载荷（90kg/人）不考虑机器设备集中载荷，模拟JF常运营工况，乘客重量取90kg/人，最大乘客数取136人，则施加在地板上的均布载荷为： 总的重量=(车体重量+乘客数量×乘客的质量×9.8）X1.1=442kN，