基于超單元法的地鐵車輛鋁合金車體輕量化研究.pdf

1、隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，大中型城市交通擁堵問題變得尤為突出，對(duì)城市軌道交通的要求也大大提高。在這樣的研究背景下，本文以滿足車體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度為前提，提出對(duì)某鋁合金地鐵車輛的輕量化分析方案。通過對(duì)車體減重，實(shí)現(xiàn)減少制造成本、減輕行駛過程中的振動(dòng)和噪聲，并且有效延長(zhǎng)車輛和線路的使用壽命。
　　首先介紹了有限元高級(jí)分析技術(shù)——超單元法的理論基礎(chǔ)，即靜力凝聚理論。并且通過2個(gè)算例分別從理論解角度和有限元解角度來對(duì)比分析超單元法和常規(guī)解法

2、的計(jì)算結(jié)果，證明兩者的計(jì)算結(jié)果均真實(shí)可靠。還針對(duì)ANSYS平臺(tái)中超單元法的使用方法，詳細(xì)介紹了超單元的建立、調(diào)用、結(jié)果擴(kuò)展的分析步驟以及使用過程中的相關(guān)注意事項(xiàng)。其次，對(duì)車體進(jìn)行合理的有限元建模，并將計(jì)算模型分為9個(gè)超單元，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇5個(gè)有代表性的靜強(qiáng)度工況和整備狀態(tài)下的自由振動(dòng)，分析車體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。將超單元計(jì)算結(jié)果擴(kuò)展到整車，在超單元部件中分別任意選取9個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)超單元法和常規(guī)解法的測(cè)點(diǎn)應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證其可靠性。

3、　　考慮到現(xiàn)有的常用優(yōu)化軟件OptiStruct在優(yōu)化過程中，不能同時(shí)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析的特點(diǎn)，引入了結(jié)構(gòu)靜力剛度，并且從結(jié)構(gòu)靜力剛度靈敏度的角度分析各個(gè)超單元部分對(duì)整車的剛度貢獻(xiàn)率，通過對(duì)5個(gè)靜強(qiáng)度工況下各個(gè)部件的貢獻(xiàn)率分析，得到底架牽引梁和端梁對(duì)整車的剛度影響最大的結(jié)論。該結(jié)論作為車體優(yōu)化中設(shè)計(jì)變量選擇的重要參考依據(jù)，對(duì)車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了輕量化分析。最后，對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行靜強(qiáng)度和模態(tài)校核，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。優(yōu)化結(jié)果顯示，車體鋼結(jié)構(gòu)總重從