基于超單元法的地鐵車輛鋁合金車體輕量化研究.pdf

1、隨著城市化進程不斷推進，大中型城市交通擁堵問題變得尤為突出，對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)的強度和剛度為前提，提出對某鋁合金地鐵車輛的輕量化分析方案。通過對車體減重，實現(xiàn)減少制造成本、減輕行駛過程中的振動和噪聲，并且有效延長車輛和線路的使用壽命。
　　首先介紹了有限元高級分析技術(shù)——超單元法的理論基礎(chǔ)，即靜力凝聚理論。并且通過2個算例分別從理論解角度和有限元解角度來對比分析超單元法和常規(guī)解法

2、的計算結(jié)果，證明兩者的計算結(jié)果均真實可靠。還針對ANSYS平臺中超單元法的使用方法，詳細介紹了超單元的建立、調(diào)用、結(jié)果擴展的分析步驟以及使用過程中的相關(guān)注意事項。其次，對車體進行合理的有限元建模，并將計算模型分為9個超單元，根據(jù)相關(guān)標準選擇5個有代表性的靜強度工況和整備狀態(tài)下的自由振動，分析車體結(jié)構(gòu)的強度和剛度。將超單元計算結(jié)果擴展到整車，在超單元部件中分別任意選取9個測點，對超單元法和常規(guī)解法的測點應(yīng)力進行對比，驗證其可靠性。

3、　　考慮到現(xiàn)有的常用優(yōu)化軟件OptiStruct在優(yōu)化過程中，不能同時進行靜態(tài)和動態(tài)分析的特點，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超單元部分對整車的剛度貢獻率，通過對5個靜強度工況下各個部件的貢獻率分析，得到底架牽引梁和端梁對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)計變量選擇的重要參考依據(jù)，對車體結(jié)構(gòu)進行了輕量化分析。最后，對優(yōu)化后的模型進行靜強度和模態(tài)校核，均滿足標準要求。優(yōu)化結(jié)果顯示，車體鋼結(jié)構(gòu)總重從