基于有限元的CRH2型车体结构疲劳强度分析

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rinimalebi
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动车组的车体是其主要的承载结构,运行中承受各种复杂的动态载荷,而车体的疲劳强度是保证列车运行安全性、可靠性的关键因素。研究表明当列车运行速度达到200km/h及以上时,车体所受的疲劳载荷除了传统的机械交变载荷之外,气动载荷对车体疲劳强度的影响也越来越不可忽略。本文在建立CRH2型动车组头车车体有限元模型的基础上,分析在气动载荷以及传统机械交变载荷共同作用下车体的疲劳强度。首先,确立头车车体的计算模型。在充分研究了车体的结构形式后,在等强度原则的基础上,利用等效截面法将中空车体结构简化为实体结构,并且合理地简化细节,运用SolidWorks三维设计软件建立车体的三维几何模型。然后打开Workbench软件的模型设计平台调入建立好的几何模型,并将其结构离散化,得到车体的有限元模型。其次,通过查阅高速列车气动载荷的相关文献,将车体的气动载荷分为高速会车、隧道通过以及隧道内会车这三种工况,并将这三种工况的气动载荷分别与机械疲劳载荷相组合,对车体结构的疲劳强度进行分析。通过Workbench软件的瞬态分析功能,向车体加载三种工况下的压力波-时间载荷以及机械疲劳载荷,通过有限元计算获取车体所有节点的应力—时间历程。绘制出车体主要材料A7N01S的修正Goodman疲劳极限图,并采用最大主应力法将多轴应力转化为单轴应力,然后将所有时间点的应力均值和幅值在Goodman疲劳极限图内打点,评价车体的疲劳强度。此外,按照车体强度校核标准的要求,疲劳强度应分别从疲劳极限图和疲劳周次两方面评价。在瞬态分析的基础上,运用Workbench软件的疲劳分析工具(FATIGUE TOOL),选择基于应力的疲劳程序模块Stress Life,选择Goodman平均应力修正理论,并输入车体材料的S-N曲线等,预测车体的使用寿命,计算车体的安全系数以及损伤。最后,为了对动载荷作用下的车体的疲劳强度进行全面分析,本文在阐述模态分析理论及车体模态分析意义的基础上,对车体的自由模态进行分析。通过Workbench软件的模态分析功能,完成对头车整体在自由状态下的模态分析,并提取前30阶模态的固有频率值,以及车体低阶模态的垂向弯曲、扭转变形的振型图,最后参照相关标准对车体的模态做出评价。
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