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基于SolidWorks动车组静強度分析

發布于:2018-03-03 20:29
有限元分析

       在动车组全线开通的同时,车体疲劳损伤及可靠性的问题表现的越来越突出,要保障列车的行驶安全,就必须对车体的可靠性和疲劳寿命提出更高的要求。在吸取国内外经验的基础上,开展对CRH2动车组车体疲劳強度分析的研究。有限元分析(FEA,Finite Element Analysis)是一种高效能、常用的计算方法,其原理是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行有限元分析模擬。
       动车组在行驶中所受各个方向的扭转等载荷,因此车体的强度和刚度必须达到要求。高速动车组车体采用铝合金整体结构,使强度和刚度达到所需状态。同时也可实现结构轻量化。筒型铝合金车体结构的优点:工艺性好、减轻车辆自身重量、降低能耗、能有效的减少运行成本和维护成本。近年来车体大量采用大型、中空、薄壁的铝合金挤压型材,提高了质量和生产效率。目前高速动车组所使用的铝合金车体材料主要有5000系、6000系和7000系。5000系合金是形变Al-Mg合金,6000系合金是形变Al-Mg-Si合金,7000系合金是形变Al-Zn-Mg合金。CRH2型动车组车体所采用铝合金材料需具备以下性能:高强度、焊接性好、耐腐蚀性强,主要采用了5000系合金的5083,6000系合金的6N01,7000系合金的7N01等。这些合金的主要机械性能如表所列。CRH2型动车组车体结构主要分为头车车体和中间车车体两种。头车车体由底架、侧墙、车顶、端墙、车体附件及司机室头部结构组成,中间车车体由底架、侧墙、车顶、端墙及车体附件组成。车体重量如表,车体的主要技术参数如表。车体由底架、车顶、侧墙、端墙和司机室五部分焊接构成。侧墙和车顶为了提高车体刚度以及生产铝,采用双壳中空挤压大型型材焊接而成,在侧墙和车顶连接部位型材厚度随车体断面变化。其余部位材料厚度为50mm。并且省略了侧柱、车顶弯梁等骨架支撑。使零件数量最小化,减小外表面的焊接变形。端墙是由双壳中空挤压型材、外板、内板和骨架经焊接后构成的双壳结构。
       动车组车厢的装配是运用Solidworks中裝配體功能對所繪制的各個部分零件進行裝配,生成裝配體,如圖所示。由于鋁合金中空結構的特點和有限元方法的特點,這樣的中空結構蒙皮和筋板的厚度只有幾毫米,而長度方向卻和車體等長,而有限元方法網格劃分卻要求每一部分至少應該有一個單元,那麽單元長度就最大只能有幾毫米,這樣在長度方向的網格數量就遠遠超過厚度方向上的數量並且數量很大,普通計算機根本無法計算,還很影響計算精度,因此,建立有限元模型的時候,就必須考慮到這個問題,目前,在處理這個問題方面,幾乎全部使用板殼單元來替代中空結依據車體的實體模型,在三維設計軟件Solidworks中選用截面等效法建立了如圖所示的車體的簡化模型,各主要部分結構都采用沒有厚度的“曲面”特征建立,通過之前的截面等效法等效出結構的厚度和彈性模量。這些參數將在有限元前處理過程中,輸入到有限元分析軟件進行後續的分析計算。


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