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《高速列車車體結(jié)構(gòu)多學(xué)科優(yōu)化研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、國內(nèi)圖書分類號：U260.2密級：公開國際圖書分類號：629西南交通大學(xué)研究生學(xué)位論文高速列車車體結(jié)構(gòu)多學(xué)科優(yōu)化研究年級2015級姓名楊忠坤申請學(xué)位級別工程碩士專業(yè)交通運(yùn)輸工程指導(dǎo)老師繆炳榮副研究員二零一八年五月ClassifiedIndex：U260.2U.D.C：629SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONMULTIDISCIPLINARYOPTIMIZATIONOFHIGHSPEEDTRAINCARBODYSTRUCTUREGrade：2015Candidat
2、e：YangZhongkunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：TransportEngineeringSupervisor：AssociateProfessorMiaoBingrongMay.2018西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第I頁摘要高速列車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，車體作為其主要承載結(jié)構(gòu)，除需要滿足基本的強(qiáng)度和剛度要求外，還要考慮涉及空氣動(dòng)力學(xué)、多體動(dòng)力學(xué)、碰撞安全性以及結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)等多種學(xué)科問題。為了較系統(tǒng)全面的考慮列車運(yùn)行過程中輕量化設(shè)計(jì)的車體所
3、受到的氣動(dòng)載荷、軌道激勵(lì)產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)載荷和車載設(shè)備及乘客產(chǎn)生的有效荷載等多種載荷綜合作用時(shí)的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的變化特征，論文在國家自然基金項(xiàng)目（51375405）和實(shí)驗(yàn)室自由探索項(xiàng)目（2016TPL_T10）的資助下，針對具體結(jié)構(gòu)提出了基于多學(xué)科的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法通過高速列車空氣動(dòng)力學(xué)模型、剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、車體結(jié)構(gòu)有限元模型以及多目標(biāo)優(yōu)化近似模型，計(jì)算分析車體結(jié)構(gòu)多學(xué)科性能，利用多學(xué)科優(yōu)化平臺實(shí)現(xiàn)車體結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，由建立的簡化高速列車三節(jié)車計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)模型通過CFD軟件計(jì)算得到列車在不同運(yùn)行時(shí)速和
4、橫風(fēng)風(fēng)速作用下車體所受氣動(dòng)載荷，并分析列車外表面壓力分布特性和流場分布特性。其次，將所得氣動(dòng)載荷施加到剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)單節(jié)車模型，對車輛模型的臨界速度、安全性以及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到車輛運(yùn)行過程中的車體結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)用于車體疲勞計(jì)算。綜合考慮所得氣動(dòng)載荷和軌道車輛常規(guī)靜態(tài)載荷作為車體結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算的邊界條件，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度性能。除考慮強(qiáng)度剛度要求之外，還需要考慮車體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，對車體有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析。然后通過Isight多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺，以車體各部件板材26個(gè)厚度尺寸參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，以車體結(jié)構(gòu)同時(shí)承受各綜
5、合載荷作用下的最大等效應(yīng)力及最大垂向位移為約束條件，以車體質(zhì)量和車體結(jié)構(gòu)一階垂向彎曲振動(dòng)固有頻率為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，得到一組車體結(jié)構(gòu)性能最佳的參數(shù)組合。最后對優(yōu)化前后的車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元虛擬疲勞計(jì)算，確保優(yōu)化之后的車體結(jié)構(gòu)在滿足車體強(qiáng)度、剛度、抗疲勞性能和動(dòng)態(tài)特性等設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)車體結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。在滿足結(jié)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的前提下，車體質(zhì)量減輕538.75kg，輕量化效率為6.68%。車體結(jié)構(gòu)一階彎曲固有頻率為18.65Hz，較初始車體結(jié)構(gòu)一階垂彎頻率降低3.1%，高于鋁合金車體結(jié)構(gòu)一階固有垂彎頻率的建議值14Hz，
6、滿足動(dòng)車組動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)要求。對優(yōu)化前后車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行多工況載荷下的疲勞對比計(jì)算，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的車體結(jié)構(gòu)抗疲勞性能有所提高。本文可為相關(guān)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行高速列車車體結(jié)構(gòu)多性能目標(biāo)之間的權(quán)衡提供有用信息，也可對類似大型機(jī)械結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的深入研究和工程應(yīng)用提供一些有用的參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：高速列車；氣動(dòng)載荷；多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；安全性；平穩(wěn)性；多目標(biāo)優(yōu)化西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第II頁AbstractHighspeedtrainisacomplexsystemengineering.Andthedesignofthecarbodyisnoto
7、nlyrequiredtomeetthebasicrequirementsofstrengthandstiffness,butalsoavarietyofsubjectproblemareinvolved,suchasaerodynamics,multi-bodydynamics,collisionsafetyandlightweightstructuredesign.Duringtheactualoperationofthetrain,thelightweightvehicleissubjectedtodifferentload
8、sincludingtheaerodynamicload,therandomvibrationloadproducedbythetrackexcitationandtheeffectiveloadproducedbytheequipmentandt
