车体设计参数与车体扭转频率的关系研究

摘要

近年，为了满足国民经济的高速发展，我国轨道车辆正朝着高速、高载、车体轻量化的方向发展，其技术先进性和性能优越性得到了肯定，但同时也对列车运行的安全可靠性提出了更高的要求。车体设计是高速列车研究的一个重要部分，而车体刚度在设计中尤其重要，车体刚度不合理，将直接影响机车车体的运用可靠性、安全性等指标。刚度又分为扭转刚度和垂弯刚度，本文将着重研究车体的扭转刚度，而车体扭转刚度的主要评价参数为扭转频率。
　　论文推导了车体的扭转频率理论计算公式，首先通过力学知识得到圆轴的扭转频率理论计算公式，并且利用ANSYS计算获得模型的频率，通过对比验证了公式的正确性;然后建立矩形截面实心梁模型，使用圆轴扭转频率理论计算公式计算矩形截面实心梁的扭转频率，并与有限元结果对比，证明圆轴理论计算公式可用于矩形截面实心梁的计算，且误差很小;进而建立矩形薄壁空心梁的模型，参考弹簧计算频率公式，对前一步的公式进行修正，得到矩形薄壁空心梁扭转频率计算公式;然后推导了矩形空心薄壁梁开孔模型，在此基础上，给出了车体模型的扭转频率计算理论公式，并引入修正系数，最终推导出了车体的扭转频率计算公式。
　　为研究各个设计参数对扭转频率的影响程度，对车体结构的主要设计参数进行了灵敏度分析，表明由于车门位置的刚度急剧恶化，导致了车体扭转频率的下降。针对车体车门的位置及数量的变化对车体钢结构扭转刚度的影响开展研究，建立了简化的有限元模型，分析了不同的车门位置和车门数量对车体扭转刚度的影响，揭示了车门对扭转频率的影响规律。
　　结果证明，推导的车体一阶扭转频率计算公式简单有效，车门的位置离端墙越近，车体的一阶扭转频率越小，当车门靠近中间位置时，扭转频率值达到最大。随着车门数量增加，一阶扭转频率会减小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

第2章 轴及薄壁梁扭转振动理论

2．1 圆轴的扭转振动理论

2．2 矩形截面梁自由扭转理论

2．3 开口薄壁杆件自由扭转理论

2．4 闭口薄壁杆件的自由扭转理论

2．5 本章小结

第3章 车体—阶扭转频率理论公式的推导

3．1 车体扭转频率推导总体思路

3．2 圆轴扭转频率计算公式验证

3．3 实心矩形截面梁的扭转频率公式推导

3．3．1 模型建立

3．3．2 理论计算

3．4 矩形截面空心薄壁梁的扭转频率公式推导

3．4．1 模型建立

3．4．2 理论计算

3．4．3 理论计算与有限元计算结果对比

3．5 矩形空心薄壁梁开门窗的扭转频率理论公式推导

3．5．1 模型建立

3．5．2 理论计算

3．5．3 理论结果与有限元结果对比

3．6 模拟车体扭转频率计算公式推导

3．6．1 模型建立

3．6．2 理论计算

3．7 实形车验证扭转频率计算公式

3．7．1 模型建立

3．7．2 理论计算

3．7．3 理论计算与有限元计算结果对比

3．8 本章小结

第4章 设计参数灵敏度分析

4．1 灵敏度分析介绍

4．2 灵敏度计算方法

4．3 设计参数灵敏度分析

4．4 本章小结

第5章 车门位置和数量对扭转频率的影响

5．1 车门方案与有限元模型的建立

5．2 计算分析对比

5．2．1 车门数量对扭转频率的影响

5．2．2 车门位置对扭转频率的影响

5．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文