动车组铝合金车体结构强度分析
摘要
高速列车在高速铁路技术中占有十分重要的地位。而高速列车车体是高速列车最主要的部件之一,其性能直接与列车的安全性、可靠性、舒适性、环保性密切相关,因此车体技术是高速列车的关键技术之一。
本文简要介绍了我国铁路第六次大提速以及从国外引进的高速列车的基本情况,重点介绍了从法国阿尔斯通引进的CRH5车车体的情况。通过运用有限元法,利用ansys有限元分析软件对车体进行建模。依据EN12663的有关规定对车体模型进行了静强度工况、疲劳工况、救援工况、气密强度工况等21种工况条件下的分析,找出了车体的应力分布趋势和范围以及各种工况下车体的垂向位移,明确了车体应力的薄弱部位,并运用相关标准对结果进行了校核。其强度及刚度设计合理,为下一步自主设计国产动车组提供了依据。通过对车体进行自由振动模态分析,明确了车体的一阶垂向弯曲频率和振型,其车体模态结果符合相关标准的要求。
通过与原计算报告的对比,明确了不足之处,并分析了几个典型工况下造成与原计算结果相差比较大的原因。重点分析了约束方程和表面效应单元对车体计算结果的影响,并分析了其影响结果的程度。为下一步的工作打下了坚实的基础。
The high-speed train holds the extremely important position in the high-speed railroad technology. While the high-speed train body is one of the most important parts in the high-speed train, its performance is firmly correlative with the train security, the reliability, the comfortableness, the environmental protection, therefore the car body technology is one of the high-speed train essential technology.
The sixth accelerating speed of China railway and the high speed train bought from some foreign countries are briefly introduced, mainly the car body of CRH5 from Alston of the France is told in the paper. The car body which model is build by ANSYS is analyzed by FEM under static load case, fatigue load case, succor load case, air strength load case and so on, twenty-first load cases, according to EN12663. The tide and rang of the stress and the large stress position are found, which value is contrasted with the standard as well as the displacement in the vertical plane .The results indicate that the strength and stiffness of the car body satisfy the norm to provide a basis for our own designed EMU. The elastic mode analysis is done to find the first order reversal bend in vertical plane frequency is acceptable in accordance with specification as well as the mode.
The result is contrasted with the oral analysis to find the difference which is analyzed to find the reason in some load cases which the difference is big. Constraint equation and surface element are analyzed to find the influence and extent to the car body. The paper is a basis for further work.
本文简要介绍了我国铁路第六次大提速以及从国外引进的高速列车的基本情况,重点介绍了从法国阿尔斯通引进的CRH5车车体的情况。通过运用有限元法,利用ansys有限元分析软件对车体进行建模。依据EN12663的有关规定对车体模型进行了静强度工况、疲劳工况、救援工况、气密强度工况等21种工况条件下的分析,找出了车体的应力分布趋势和范围以及各种工况下车体的垂向位移,明确了车体应力的薄弱部位,并运用相关标准对结果进行了校核。其强度及刚度设计合理,为下一步自主设计国产动车组提供了依据。通过对车体进行自由振动模态分析,明确了车体的一阶垂向弯曲频率和振型,其车体模态结果符合相关标准的要求。
通过与原计算报告的对比,明确了不足之处,并分析了几个典型工况下造成与原计算结果相差比较大的原因。重点分析了约束方程和表面效应单元对车体计算结果的影响,并分析了其影响结果的程度。为下一步的工作打下了坚实的基础。
The high-speed train holds the extremely important position in the high-speed railroad technology. While the high-speed train body is one of the most important parts in the high-speed train, its performance is firmly correlative with the train security, the reliability, the comfortableness, the environmental protection, therefore the car body technology is one of the high-speed train essential technology.
The sixth accelerating speed of China railway and the high speed train bought from some foreign countries are briefly introduced, mainly the car body of CRH5 from Alston of the France is told in the paper. The car body which model is build by ANSYS is analyzed by FEM under static load case, fatigue load case, succor load case, air strength load case and so on, twenty-first load cases, according to EN12663. The tide and rang of the stress and the large stress position are found, which value is contrasted with the standard as well as the displacement in the vertical plane .The results indicate that the strength and stiffness of the car body satisfy the norm to provide a basis for our own designed EMU. The elastic mode analysis is done to find the first order reversal bend in vertical plane frequency is acceptable in accordance with specification as well as the mode.
The result is contrasted with the oral analysis to find the difference which is analyzed to find the reason in some load cases which the difference is big. Constraint equation and surface element are analyzed to find the influence and extent to the car body. The paper is a basis for further work.
引文
[1]海邦君.铝合金车体设计研究.铁道车辆.2003.10:26-28.
[2]户取征二郎.日本铝合金车辆的最新技术与发展趋势.国外铁道车辆,2002.2:7-11.
[3]博弈创作室.ANSYS9.0经典产品基础教程与实例详解.北京:中国水利水电出版社,2006.
[4]薛守义.有限单元法.北京:中国建材工业出版社,2005.
[5]荣先成.有限元法.成都:西南交通大学出版社,2007。
[6]江见鲸.有限元法及其应用.北京:机械工业出版社,2006.
[7]王慧玲.高速铁路客车铝合金车体研究;(硕士论文).大连:大连铁道学院,2003.
[8]姚生军.摆式客车车体钢结构设计研究:(硕士论文).北京:北京交通大学,2004.
[9]张锋伟.兰驼7Y-950农用动力三轮车车架动静态有限元分析:(硕士论文).兰州:兰州铁道学院,2003.
[10]嘉木工作室.ANSYS5.7有限元实例分析教程.北京:机械工业出版社,2002.
[11]ANSYS HELP DOCUMENT.
[12]刘静安,谢水生.铝合金材料的应用与技术开发.北京:冶金工业出版社,2004.
[13]ALSTOM STRUCTURAL CALCULATION REPORT.EMU FOR MOR CA250.
[14]EN12663.
[15]UIC566.
[16]李德葆,陆秋海.实验模态分析及其应用.北京:科学出版社,2001.
[17]曹树谦,张文德,萧龙翔.振动结构模态分析.天津:天津大学出版社,2001.
[18]郝鲁波.客车模态计算与实验研究:(硕士论文).大连:大连理工大学,2005.
[19]陈喜红,辛成瑶.200km/h高速动力车车体结构轻量化设计和静、动强度计算.铁道学报,2000.2:25-30.
[20]徐循元.轻型车体结构发展情况及其对比分析.铁道车辆,2004.3:7-9.
[21]缪炳荣,肖守讷.ANSYS在机车车体结构设计中的应用.铁道机车车辆,2002:197-199.
[22]牛得田,单巍.“中华之星”动车组铝质拖车车体的设计.机车电传动,2005.5:91-93.
[23]朱剑月,沈培德.地铁B,型铝合金车体结构设计与静强度分析.铁道机车车辆,2005.2:14-16.
[24]朱剑月,沈培德.B_2型地铁铝合金车体模态分析.城市轨道交通研究,2005,35-37.
[25]曾仲谋.电力机车关键部位疲劳寿命预测;(硕士论文).成都:西南交通大学,2004.
[26]杜平安.柴油机结构系统的模态分析:(硕士论文).西安:电子科技大学,2004.
[27]刘明辉.大客车骨架结构静动态特性分析(硕士论文).大连:大连铁道学院,2005.
[28]束炜.门式刚架轻钢结构的优化设计与模态有限元分析:(硕士论文).合肥:合肥工业大学,2004.
[29]严隽耄.车辆工程.北京:中国铁道出版社,1999.
[30]姚卫星.结构疲劳寿命分析.北京:国防工业出版社,2003.
[31]常树民,马纪军.铝合金车体结构设计构思.铁道车辆,2004.9:9-13.
[32]李革,王善哲.高速客车轻量化车体结构的选择.铁道车辆,1999.6:12-14.
[33]缪炳荣,肖守讷.机车车体结构模态的有限元分析.电力机车技术,2002.4;41-45.
[34]刘堂红,江帆.基于ANSYS的耐冲击性客车车体模态分析.铁道机车车辆,2002.6: 24-27.
[35]王挺.机车车体第一阶模态的研究.机车电传动.2003.6:24-26.
[36]王丹,李强.高速客车车体钢结构弹性模态分析研究.北方交通大学学报,2001.4:94-96.
[37]刘建新,周本宽.高速动力车车体静强度计算安全系数的可靠性评价.西南交通大学学报,1997.5:502-505.
[38]廖爱华,孙丽萍.200km/h高速客车车体结构分析及改进.大连铁道学院学报,2002.4:18-22.
[39]张曙光.铁路高速列车应用基础理论与工程技术.北京:科学出版社,2007.
[40]中国铁道百科全书编辑委员会.中国铁道百科全书:机车车辆与电气化.北京:中国铁道出版社,2006.
[41]林钢,林慧国,赵玉涛.铝合金应用手册.北京:机械工业出版社,2006.
[42]O.C.Zienkiewicz,R.L.Taylor.The finite dement.北京:北京图书北京出版公司,2005.
[43]胡少伟,苗同臣.结构振动理论及应用.北京:中国建筑工业出版社,2005.
[44]铁道车辆强度设计及试验鉴定规范.TB/T1335-1996.中华人民共和国铁道部,1996.
[2]户取征二郎.日本铝合金车辆的最新技术与发展趋势.国外铁道车辆,2002.2:7-11.
[3]博弈创作室.ANSYS9.0经典产品基础教程与实例详解.北京:中国水利水电出版社,2006.
[4]薛守义.有限单元法.北京:中国建材工业出版社,2005.
[5]荣先成.有限元法.成都:西南交通大学出版社,2007。
[6]江见鲸.有限元法及其应用.北京:机械工业出版社,2006.
[7]王慧玲.高速铁路客车铝合金车体研究;(硕士论文).大连:大连铁道学院,2003.
[8]姚生军.摆式客车车体钢结构设计研究:(硕士论文).北京:北京交通大学,2004.
[9]张锋伟.兰驼7Y-950农用动力三轮车车架动静态有限元分析:(硕士论文).兰州:兰州铁道学院,2003.
[10]嘉木工作室.ANSYS5.7有限元实例分析教程.北京:机械工业出版社,2002.
[11]ANSYS HELP DOCUMENT.
[12]刘静安,谢水生.铝合金材料的应用与技术开发.北京:冶金工业出版社,2004.
[13]ALSTOM STRUCTURAL CALCULATION REPORT.EMU FOR MOR CA250.
[14]EN12663.
[15]UIC566.
[16]李德葆,陆秋海.实验模态分析及其应用.北京:科学出版社,2001.
[17]曹树谦,张文德,萧龙翔.振动结构模态分析.天津:天津大学出版社,2001.
[18]郝鲁波.客车模态计算与实验研究:(硕士论文).大连:大连理工大学,2005.
[19]陈喜红,辛成瑶.200km/h高速动力车车体结构轻量化设计和静、动强度计算.铁道学报,2000.2:25-30.
[20]徐循元.轻型车体结构发展情况及其对比分析.铁道车辆,2004.3:7-9.
[21]缪炳荣,肖守讷.ANSYS在机车车体结构设计中的应用.铁道机车车辆,2002:197-199.
[22]牛得田,单巍.“中华之星”动车组铝质拖车车体的设计.机车电传动,2005.5:91-93.
[23]朱剑月,沈培德.地铁B,型铝合金车体结构设计与静强度分析.铁道机车车辆,2005.2:14-16.
[24]朱剑月,沈培德.B_2型地铁铝合金车体模态分析.城市轨道交通研究,2005,35-37.
[25]曾仲谋.电力机车关键部位疲劳寿命预测;(硕士论文).成都:西南交通大学,2004.
[26]杜平安.柴油机结构系统的模态分析:(硕士论文).西安:电子科技大学,2004.
[27]刘明辉.大客车骨架结构静动态特性分析(硕士论文).大连:大连铁道学院,2005.
[28]束炜.门式刚架轻钢结构的优化设计与模态有限元分析:(硕士论文).合肥:合肥工业大学,2004.
[29]严隽耄.车辆工程.北京:中国铁道出版社,1999.
[30]姚卫星.结构疲劳寿命分析.北京:国防工业出版社,2003.
[31]常树民,马纪军.铝合金车体结构设计构思.铁道车辆,2004.9:9-13.
[32]李革,王善哲.高速客车轻量化车体结构的选择.铁道车辆,1999.6:12-14.
[33]缪炳荣,肖守讷.机车车体结构模态的有限元分析.电力机车技术,2002.4;41-45.
[34]刘堂红,江帆.基于ANSYS的耐冲击性客车车体模态分析.铁道机车车辆,2002.6: 24-27.
[35]王挺.机车车体第一阶模态的研究.机车电传动.2003.6:24-26.
[36]王丹,李强.高速客车车体钢结构弹性模态分析研究.北方交通大学学报,2001.4:94-96.
[37]刘建新,周本宽.高速动力车车体静强度计算安全系数的可靠性评价.西南交通大学学报,1997.5:502-505.
[38]廖爱华,孙丽萍.200km/h高速客车车体结构分析及改进.大连铁道学院学报,2002.4:18-22.
[39]张曙光.铁路高速列车应用基础理论与工程技术.北京:科学出版社,2007.
[40]中国铁道百科全书编辑委员会.中国铁道百科全书:机车车辆与电气化.北京:中国铁道出版社,2006.
[41]林钢,林慧国,赵玉涛.铝合金应用手册.北京:机械工业出版社,2006.
[42]O.C.Zienkiewicz,R.L.Taylor.The finite dement.北京:北京图书北京出版公司,2005.
[43]胡少伟,苗同臣.结构振动理论及应用.北京:中国建筑工业出版社,2005.
[44]铁道车辆强度设计及试验鉴定规范.TB/T1335-1996.中华人民共和国铁道部,1996.