高速列車對加快區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要意義,實(shí)現(xiàn)高速列車車體輕量化一直是設(shè)計(jì)人員不斷追求的目標(biāo)。依據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)材料合理分布的原理,采用Optistruct中的變密度法并結(jié)合最小尺寸控制法對其進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。在保證滿足應(yīng)力、位移等約束條件下,得到車體斷面筋板分布和縱向車體的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。本論文研究的主要內(nèi)容如下:首先,詳細(xì)論述拓?fù)鋬?yōu)化理論及不同的拓?fù)鋬?yōu)化方法。不同拓?fù)鋬?yōu)化方法具有不同的特點(diǎn)及工程應(yīng)用范圍,針對高速列車車體結(jié)構(gòu)特征確定了變密度法的拓?fù)鋬?yōu)化方法。其次,因鋁合金擠壓車體斷面加強(qiáng)筋板的復(fù)雜性,現(xiàn)有結(jié)構(gòu)參數(shù)和形狀優(yōu)化方法很難獲得最優(yōu)結(jié)構(gòu)。根據(jù)TB/T1335—1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》和《200km/h及以上速度級鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》中對車頂、側(cè)墻、地板等部位的載荷要求組成的最惡劣工況和車體實(shí)際運(yùn)營中各部位的約束條件,利用Optistruct對車體斷面的筋板分布進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。最后,針對現(xiàn)有車體在縱向方向上的載荷分布特征,按照車體設(shè)計(jì)規(guī)范中的約束設(shè)置和對橫向、垂向、縱向三個方向的不同載荷需求,利用拓?fù)鋬?yōu)化對車體在縱向方向上進(jìn)行優(yōu)化,尋找縱向車體上... 

【文章來源】：四川輕化工大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

車體實(shí)際斷面

四川輕化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文28能力得到充分發(fā)揮，使車輛的自重盡可能減校由于應(yīng)力、變形、穩(wěn)定性和疲勞四項(xiàng)指標(biāo)對結(jié)構(gòu)的承載能力影響較大，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)按這四項(xiàng)指標(biāo)作為評價標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《200km/h及以上速度級鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》中的要求：應(yīng)力應(yīng)按許用應(yīng)力評價，即各處應(yīng)力（包括規(guī)定載荷下的各種組合應(yīng)力）均不得大于許用應(yīng)力，各種材料的許用應(yīng)力值如表3-3。表3-3部分車身結(jié)構(gòu)常用材料特性（Tab3-3Partofthetrainbodymaterialcharacteristics）編號材料牌號使用部位屈服極限/MPa許用應(yīng)力/MPa16005AT6底板、側(cè)墻、車頂200173.926082T6邊梁、端梁215；t5187200；t5173.936106T6底板260；t5226.1250；t5217.4在圖3-4中，底板主要使用6106T6或6005AT6鋁合金材料，在圖中由深藍(lán)和紅兩種顏色表示。側(cè)墻使用6005AT6鋁合金材料，兩側(cè)墻均由紫綠兩種顏色表示，車頂使用6005AT6鋁合金型材，由黃和淺藍(lán)兩種顏色表示。其中不同顏色表示不同位置的焊接型材，兩色連接處即為焊縫位置�？梢钥吹杰図�、側(cè)墻均由五大塊車頂型材、側(cè)墻型材焊接而成，地板由六塊擠壓型材焊接而成。圖3-4車體不同材料的分布（Fig3-4Thedistributionofdifferentmaterialsofthetrainbody）采取當(dāng)量應(yīng)力取代復(fù)雜應(yīng)力部位的應(yīng)力，當(dāng)量應(yīng)力按下式計(jì)算：2132322215.0e（3-3）變形可以按照許用變形值評價。根據(jù)材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性理論的方法評估穩(wěn)定性。用疲勞周次和疲勞極限圖衡量疲勞強(qiáng)度。

四川輕化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文31constraints中可以設(shè)置需要約束的節(jié)點(diǎn)，同時可以設(shè)置約束節(jié)點(diǎn)的約束方向（包括旋轉(zhuǎn)）。這里根據(jù)上述論述，將約束斷面不同型材連接節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)支撐點(diǎn)和結(jié)構(gòu)限制處的節(jié)點(diǎn)，具體的限制位置如圖3-4所示。3.4.2.2載荷設(shè)置載荷設(shè)置同樣是考慮車體在實(shí)際工況中的受載情況，為了綜合多種單一工況下載荷對車體斷面的不同影響，同樣載荷的設(shè)置將基于車體處于最惡劣工況組合條件下。在表3-2輸入工況中，可以將多種工況下的載荷的簡化為三大類，即垂向自重及外載、橫向的側(cè)風(fēng)、縱向的拉壓載荷。在這三類載荷中縱向的拉壓載荷對車體的斷面優(yōu)化（主要針對橫向、垂向）是沒有作用的，故在后續(xù)的斷面優(yōu)化中不涉及縱向的載荷作用。根據(jù)表3-2輸入工況，將工況5、6、7、8四種工況進(jìn)行有效組合，同時將工況5、6中的不同載荷在實(shí)際優(yōu)化過程中予以細(xì)化。共有如下幾種載荷：垂向車頂載荷、行李載荷、桌子載荷、垂向車體自重、垂向地板載重、橫向側(cè)風(fēng)，這些載荷在HyperMesh中要予以一一施加。具體施加時可以在Analysis中的“forces”或“pressures”功能鍵中設(shè)置，例如可以在forces中的設(shè)置載荷的作用點(diǎn)、載荷大孝載荷的作用方向，同時還可以對載荷作用點(diǎn)處的箭頭大小做出調(diào)整。這些載荷在HyperMesh中的具體加載如圖3-4所示。圖3-4車體斷面的約束及載荷施加（Fig3-4Restraintandloadappliedonthetrainbodysection）3.4.2.3其余優(yōu)化設(shè)置定義設(shè)計(jì)變量：如第二章拓?fù)鋬?yōu)化理論中講到，本文的拓?fù)鋬?yōu)化采用密度法，以此在優(yōu)化過程中要定義設(shè)計(jì)變量，這里在優(yōu)化區(qū)域內(nèi)假設(shè)存在人為可變密度，并將其在Analysis頁后的optimization面板中的topology中設(shè)置為拓?fù)渥兞�。�?chuàng)建體積響應(yīng)：體積響應(yīng)將作為此優(yōu)化過程的目標(biāo)函數(shù)，即在材?

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：2966569