铝合金地铁车体静、动力学及疲劳分析

随着轨道交通事业的迅速发展和人们生活水平的提高,地铁将成为缓减城市交通压力的主要手段。目前,通过建立车辆部件模块化通用产品平台,可实现技术性能和制造技术的完美结合,并降低车辆制造和维护成本。然而,国内对地铁车辆模块化技术的研究还处于探索阶段,自身开发能力相对薄弱,对模块化大型中空型材铝合金车体在各种载荷下的强度、刚度、疲劳和模态分析鲜见报道,其结构有待于分析、改进和优化。本文采用国际上先进的模块化铝合金地铁车体结构,通过动力学建模,计算分析车体在各种载荷下的应力分布情况,并采用数值方法研究车体部件的疲劳强度。 本文主要研究内容及结论如下: (1)将在SOLIDWORKS中建立的铝合金车体CAD模型转换到ANSYS中,对其结构进行简化与重构,提取中面,划分网格并处理零件间的接触面,建立车体各模块的有限元模型。 (2)研究了车体结构中的螺栓连接、铆接和焊接等连接方式。对于车体各大模块间的整体焊接,采用刚性连接来模拟;对于车头与车身、缓冲梁与底架、枕梁与底架的连接,采用单层板形式来模拟。由此建立一个能够准确模拟车体结构动力学性能且计算规模控制在可接受范围内的以壳单元为主的铝合金车体整车有限元模型。 (3)基于车体的有限元模型,计算了车体自由模态和车体在8种载荷工况下的应力分布,分析了车体的强度和刚度。各阶模态表明车身与车头连接处刚度相对较差;静力分析显示车身与车头连接处局部应力较大,其值大于0.8倍的材料许用应力,但仍在许用应力范围之内。 (4)针对车体连接重要部件缓冲梁,使用MSC-FATIGUE软件进行数值仿真分析,在49kN牵引力的载荷工况下,预测缓冲梁部件的疲劳寿命。