200km高速动力车车体结构轻量化设计和静、动强度计算
高速铁路设备系列介绍之二十一——动车组轻量化技术介绍
高速铁路设备系列介绍之二十一——动车组轻量化技术介绍第一篇：高速铁路设备系列介绍之二十一——动车组轻量化技术介绍高速铁路设备系列介绍之二十一——动车组轻量化技术介绍：高速铁路列车重要技术之一是要运用车辆轻量化技术。
传统的车体材料是碳素钢，其份量重，再考虑腐蚀的预留量较大，因此车辆自重大和寿命短。
另外，随着车辆的速度的提高,轨道承受的负荷及能耗将随之增大,如列车以时速200公里运行的时候，每牵引一吨重的重量，大约要消耗电力12千瓦，到时速300公里的时候，每牵引一吨要消耗16至17千瓦，因此，世界各国都在轻量化的技术上进行研究。
要实现车辆的高速化,一定要使车辆轻量化。
其主要途径是采用高性能的新材料和改进车辆结构、缩小尺寸等优化构设计。
同时，采用了车辆轻型化技术,还可以有效地抑制地基振动的增加，降低噪声,减少因速度的提高而带来的空气动力声的显著增加。
在近代，高速车辆的车体材料主要有不锈钢、高强度耐候钢和铝合金。
用铝合金制造车体的尝试早在20世纪上半期就已经开始，最早用于地铁和市郊列车，后来应用于普通列车上。
自进入上世纪90年代，与车体等长的多品种大型中空挤压型材的出现，使铝合金成为生产高速列车的主导材料，由于铝合金的重量大大低于碳素钢，有利于高速列车减重提速。
因此，各国高速列车在车体设计制造中已基本采用铝合金挤压型材或不锈钢材质，使车体结构具有无涂装，免维修或少维修特点。
尤其是铝合金挤压型材，包括异型或大截面空腹断面型材，其优势主要有：制造工艺简单，节省加工费用；减重效果好；有良好的运行品质；耐腐蚀，可降低维修费。
于当时，日本新干线高速电动车辆,法国TGV、德国ICE列车等采用不锈钢、铝合金、复合材料,使车体大幅度轻量化,取得了显著效益。
不锈钢车辆具有高耐蚀性、美观、强度高等特点。
60年代初,日本率先研制出不锈钢车辆,其外板:不需涂装,防腐性好,尤其是轻量、节能,可提高列车牵引能力。
前苏联也相继研制出含镍或无镍的不锈钢车辆;德国生产的不锈钢客车车体也成功地应用于高速电气化铁路。
超高速列车车体结构动力学分析与优化设计
超高速列车车体结构动力学分析与优化设计超高速列车是一种以提高运行速度和运输效率为目标的高速铁路交通工具。
这种列车通常具有较长的车体长度和轮轴间距，以及更高的车头阻力和空气阻力。
因此，设计一种合理的车体结构对于超高速列车的安全和稳定性至关重要。
本文将探讨超高速列车车体结构的动力学分析和优化设计。
第一部分：超高速列车车体结构动力学分析动力学分析是超高速列车车体设计的关键技术之一。
其中，主要包括车体结构、车轮系统、悬挂系统和地面轨道系统四个方面。
在此基础上，我们可以分别从以下几个方面进行动力学分析。
1. 车体结构分析车体结构是超高速列车的承载系统和安全保障系统。
要保证超高速列车能够保持稳定行驶，车体结构设计必须满足以下几个方面的要求：（1）具有足够的刚度和强度，能够抵御列车在高速行驶中产生的动载荷。
（2）具有合理的减震功能，能够减小列车在高速运行过程中产生的振动和噪声。
（3）具有良好的气动特性，能够减小列车在高速行驶中的空气阻力和风险。
2. 车轮系统分析车轮系统是超高速列车的运动系统和转向系统。
其设计必须考虑以下几个方面的要求：（1）具有足够的轴承能力和轮轴强度，能够承受列车在高速运行中产生的载荷。
（2）具有合理的减震和阻尼功能，能够减小列车在高速行驶中产生的振动和噪声。
（3）具有优秀的转向性能，能够保证列车在高速运行中的稳定性和灵活性。
3. 悬挂系统分析悬挂系统是超高速列车的保障系统和运载系统。
其设计必须考虑以下几个方面的要求：（1）具有足够的支承能力和柔性，能够适应不同路面条件和车速要求。
（2）具有合理的减震和阻尼功能，能够减小列车在高速行驶中产生的振动和噪声。
（3）具有优秀的动态特性，能够保证列车在高速运行中的稳定性。
4. 地面轨道系统分析地面轨道系统是超高速列车的基础设施和锁定系统。
其设计必须考虑以下几个方面的要求：（1）具有足够的高精度和高平整度，能够满足列车在高速运行中的要求。
（2）具有优秀的检修和维护性能，便于快速修复和更换。
高速列车车体结构设计与力学性能分析
高速列车车体结构设计与力学性能分析随着科技的不断进步和人们对高速交通工具的需求不断增加，高速列车成为了现代交通系统中不可或缺的一部分。
高速列车的稳定性和安全性是设计过程中必须重视的因素之一。
因此，车体结构设计和力学性能分析成为了高速列车设计中的重要环节。
本文将着重讨论高速列车车体结构设计以及力学性能分析的相关内容。
1. 车体结构设计高速列车的车体结构设计需要考虑多个方面的因素，包括材料选择、结构设计和制造工艺等。
材料选择是车体结构设计中的关键环节。
高速列车需要具备重量轻、强度高和耐久性强等特点。
因此，常见的材料选择包括铝合金和复合材料等。
铝合金具有良好的强度和刚度，同时重量相对较轻，因此广泛应用于高速列车的车体结构设计中。
复合材料由纤维增强材料和树脂基体构成，能够提供更高的强度和刚度，并具有优异的耐久性。
结构设计需要考虑车体的整体稳定性和安全性。
不同部位的承载能力需要合理配置，以保证车体在高速运行过程中的稳定性和安全性。
2. 力学性能分析高速列车的力学性能分析是车体结构设计过程中的重要环节。
力学性能分析主要通过有限元分析方法和试验研究来实现。
有限元分析方法可以对车体结构进行多重载荷情况下的模拟计算，从而评估结构的强度和刚度等性能指标。
试验研究则通常通过制造实际尺寸的样品或进行真实列车的试验来获取数据，验证有限元分析的准确性。
通过力学性能分析，可以进一步优化车体结构设计，提高列车的稳定性和安全性。
3. 车体结构的振动控制高速列车在运行过程中往往会面临多种振动问题，如车体振动、轮轨振动等。
这些振动不仅会影响列车的乘坐舒适性，还会对车体结构的稳定性和安全性造成影响。
因此，车体结构的振动控制也是设计中需要考虑的重要因素之一。
常见的振动控制方法包括主动振动控制和被动振动控制。
主动振动控制通过在车体结构上安装传感器和执行机构，采用反馈控制的方法来抑制振动。
被动振动控制则借助材料的力学特性和结构的形状设计来实现振动的抑制。
高速铁路车体轻量化设计与优化
高速铁路车体轻量化设计与优化随着科技的不断发展和城市化进程的加快，高速铁路作为一种快速、安全、环保的交通工具，其重要性和需求也越来越大。
在高速铁路建设中，车体轻量化设计和优化是一个重要的课题，旨在提高列车的运行效率、减少能源消耗、减轻环境压力，同时确保列车的运行安全和乘坐舒适。
首先，车体轻量化设计与优化需要考虑结构强度和安全性。
高速铁路列车需要在各种复杂环境下运行，因此车体的结构必须足够强度，能够承受各种力学负荷和外界冲击。
一方面，可以采用先进的材料和工艺技术，例如碳纤维复合材料和铝合金等，使车体在不降低强度的前提下减少重量。
另一方面，结构设计要合理，通过优化设计和仿真分析，减少不必要的结构部件，提高材料的利用率，达到轻量化效果。
其次，车体轻量化设计和优化还需要考虑乘客的舒适性和安全性。
高速列车的乘坐舒适度是一个非常重要的指标，因为长时间的乘坐可能会对乘客的身体和心理造成负面影响。
轻量化设计不能以牺牲乘客舒适为代价，而应该通过改进座椅和悬挂系统等设计，使乘客在列车行驶过程中感受到更少的颠簸和震动。
另外，车体轻量化设计和优化还需要考虑能源消耗和环境影响。
随着全球对环境保护意识的增强，减少能源消耗和降低碳排放已经成为未来交通运输的重要发展方向。
在轻量化设计中，可以通过减少车体重量来减少能源消耗，并通过改进列车动力系统和阻力减小措施等技术，提高列车运行的能效性能。
轻量化设计还有助于减轻轨道的损坏情况，减少维护和修复工作，降低对环境的影响。
最后，车体轻量化设计与优化需要考虑生产成本和经济效益。
轻量化设计和优化不仅仅是追求重量减少，还需要综合考虑材料成本、制造工艺等因素。
在设计过程中，需要根据具体情况和经济性原则，综合考虑各种因素，并找到最佳的设计方案。
同时，轻量化设计也可以降低列车的能源消耗和维修成本，提高列车的经济效益。
综上所述，高速铁路车体轻量化设计与优化是在快速、安全、环保的前提下，通过改进结构设计和材料运用等手段，减少车体重量，提高列车运行效率和经济效益，降低能源消耗和环境影响的重要课题。
高速列车的强度与刚度分析
高速列车的强度与刚度分析引言：随着科技的不断进步，高速列车已经成为现代化交通工具的代表。
为了确保高速列车的安全和舒适性，对其强度和刚度进行分析是至关重要的。
本文将从理论和实践两个方面探讨高速列车的强度和刚度分析。
一、理论分析1. 高速列车的强度分析高速列车的强度分析是指对列车结构的强度进行评估和验证。
在设计阶段，需要考虑列车在运行过程中所受到的各种载荷以及紧急情况下的应急处理能力。
常见的分析方法包括有限元分析、振动分析和疲劳分析等。
有限元分析可以通过模拟列车在不同工况下的应力和变形情况，确定关键部位的强度是否满足设计要求。
振动分析可以评估列车在不同速度下的振动性能，确保列车稳定性和舒适性。
疲劳分析可以预测列车在长期运行中的疲劳寿命，保证列车的可靠性和安全性。
2. 高速列车的刚度分析高速列车的刚度分析是指对列车结构的刚度进行评估和优化。
刚度是指结构在受力时的变形程度，影响着列车的运行稳定性和舒适性。
刚度分析主要包括静态刚度和动态刚度两个方面。
静态刚度分析可以通过计算列车在不同受力工况下的位移和应变，评估结构的刚度是否满足设计要求。
动态刚度分析可以通过模拟列车在运行过程中的振动响应，评估列车的动态性能和舒适性。
二、实践分析1. 材料选择与工艺优化高速列车的强度和刚度分析离不开合适的材料选择和工艺优化。
通常，高速列车的车体和悬挂系统采用轻量化材料，如高强度钢、铝合金和复合材料等，以提高列车的强度和刚度。
此外，还需要优化组装工艺和焊接工艺，确保结构的质量和可靠性。
2. 实际测试与监测除了理论分析，实际测试与监测也是确保高速列车强度和刚度的重要手段之一。
在列车设计完成后，需要进行载荷试验和振动试验，验证列车在不同工况下的强度和刚度。
同时，在列车运行过程中，还需进行实时监测，收集列车的振动数据和结构应力数据，及时发现问题并进行修复和调整。
3. 轨道条件与环境适应性高速列车的强度和刚度分析还需要考虑不同轨道条件和环境的适应性。
CRH2型高速动车组车辆车体结构总体设计
献
综
述
2007年，中国铁路第六次成功实施大面积提速，标志着中国和谐号CRH动车组的首次出现，我国铁路技术进入世界先进行列。
所谓高速动车组，即指中国新一代高速动车组，其中CRH2动车组列车运行时速为200km/h，最高运营速度250km/h，是世界上运营速度较快，科技含量较高，系统匹配较优的动车组。但是，作为高新技术体现的高速动车组面临很多新技术问题。
[5]姜燕清.高铁地铁列车动车车体建模分析与优化[D].[硕士学位论文].南京：东南大学,2006
[6]陈文宾.国产化CRH2型200km/h动车组铝合金车体及技术创新[Z].山东：四方机车车辆股份有限公司,2008
[7]刘志明.动车组设备[M],北京：中国风铁道出版社,2010
[8]Li Changxian,Sun Yannan,Li Chunying.Construction and Simulation on Traction Converter and Control System of EMU[Z].Dalian：Dalian Jiaotong University,2009
4.降噪技术。采用双壳结构并在中空腔中注入泡沫材料或粘接橡胶片，阻断噪声向车内传播。
指导教师
意见
指导教师签名：
年月日
教研室意见主任签名： Nhomakorabea年月日系部意见
教学主任签名：
年月日
车辆工程系本科毕业设计（论文）材料清单
题目：高速动车组车辆车体结构总体设计
序号
本科毕业设计（论文）材料清单内容
份数
备注
1
毕业设计(论文)选题、审题表
1份
2
毕业设计(论文)任务书
1份
3
高速列车的动力学研究与优化设计
高速列车的动力学研究与优化设计随着交通运输事业的不断发展，高速列车的运营速度也在不断提升。
然而，高速列车的运行速度不仅是仅靠驱动电机所能实现的，还需要综合考虑列车的整体结构、动力学特性、行车平稳性等多个方面的因素。
本文将深入探讨高速列车的动力学研究与优化设计。
一、高速列车结构与动力学高速列车由车体、车轮、车架、传动装置、制动装置、动力电机、牵引系统等多个部分组成。
车体的结构对列车的运行速度和稳定性有着非常重要的影响。
目前，高速列车结构主要采用轻量化的设计方式，采用革新性的结构材料，如碳纤维和铝合金等。
采用轻量化材料可以降低列车的净重和空气阻力，从而提高列车的速度和运行效率。
而车轮和车架是高速列车的核心部分。
车轮和车架的设计必须考虑到列车运行时的振动、动力学响应和稳定性等因素。
为了满足高速列车的速度和运行稳定性的要求，高速列车的车轮和车架通常采用一体化设计，以增加车轮和车架的刚度和强度。
采用一体化设计还可以有效减小车轮和车架的振动和噪声，提高高速列车的行车平稳性和安全性。
另外，传动装置和牵引系统是列车的动力系统的核心。
列车的传动装置一般采用以轴箱中的齿轮传动为主，牵引系统则常采用直接转换电能为动能的方式，采用控制逆变器将交流电转换为直流电输入电机。
传动装置和牵引系统依靠电机的能力，驱动列车行驶，因此电机功率的大小对列车速度和运行稳定性都有至关重要的影响。
在高速列车的设计和运营过程中，必须充分考虑传动装置和牵引系统的优化方案，以提高列车的行驶速度和运行效率。
二、高速列车的运行动力学特性在高速列车的运行过程中，动力学特性是一个非常重要的问题。
高速列车必须考虑到转弯、上坡、速度变化等多种复杂工况，因此必须具备良好的动力学响应能力，以实现稳定的行驶。
在高速列车的行驶过程中，车轮和轨道之间的接触引起了车辆的动力学响应。
动力学响应包括转向稳定性、稳定性等。
转向稳定性是指列车保持直线稳定行驶的能力，稳定性则是指列车保持平稳行驶的能力。
高速列车车体结构设计与优化
高速列车车体结构设计与优化一、引言近年来，高速列车行业发展迅速，对于车体结构的研究也成为了重要的研究方向之一。
高速列车的车体结构设计和优化能够提高列车的安全性和舒适性，同时也能够提高列车的整体性能，减少能源消耗和成本。
二、高速列车车体结构的设计原则高速列车车体结构的设计需要遵循以下几个原则：（一）安全性高速列车需要具备顶部和侧面的保护能力，以避免事故发生时乘客受到伤害。
因此，车体结构需要具有高强度和高刚度，并且需要注重以最小的成本实现最大程度的安全性。
（二）稳定性高速列车的车体结构需要具有稳定性和动态性能，以维持列车在高速行驶中的稳定性。
这需要设计师注重车体结构的平衡性和减小风阻的设计，以保持列车在高速运行中的稳定运行。
（三）轻量化高速列车的车体结构必须尽可能地轻量化，以减少列车的能耗和成本，并提高列车的运行效率。
这需要注重选用轻量化材料和压缩车体结构设计空间，以实现车身的重量减轻。
（四）经济性高速列车的车体结构设计必须考虑到经济性，以确保车体结构的成本控制在合理范围内。
在车体结构的设计过程中，需要遵循成本控制原则并根据整车的配套设计，以最小的成本实现最大程度的优化。
三、高速列车车体结构的设计要素高速列车的车体结构设计需要注重以下几个要素：（一）材料选择高速列车的车体结构需要具备高强度和高刚度，并且需要实现轻量化。
因此需要选用轻量化材料，例如采用高强度铝合金或高强度钢材，以减少整车重量，提高列车的整体性能。
（二）车体结构设计空间车体结构设计空间需要按照列车的使用需求确定，遵循合理分配空间的原则。
需要考虑到车厢的数量和车厢的长度，以及列车的整体长度和总高度等因素。
在此基础上，需要根据运行速度和安全要求设计出合理的车体结构。
（三）车体内部布局车厢内部的配置需要根据不同列车的使用需求确定。
举例而言，需要根据列车运营的时长和运行的线路设计出合理的座位布局和乘客空间，以提高旅客的乘坐舒适度和行驶的效率。
此外，车内的空调，照明和通信系统的设计也是车体结构设计过程中需要考虑的重要因素。
高速动车组技术
CRH380Aiemens AG 技术生产的时速350km动力分散式动车组，以西门子公司制造的ICE3为原车，合作厂是北车唐山轨道客车有限公司。 2008年4月11日， CRH3动车组在唐山轨道客车有限责任公司下线。 2008年6月24日，CRH3型动车组在京津城际铁路创造了394.3Km/h的中国铁路第一速。 2008年8月1日，CRH3在京津城际铁路投入运营。
单击此处可添加副标题
头车车辆长度（mm）：25700 中间车辆长度（mm）：25000 车辆宽度（mm）：3380 车辆高度（mm）：3700 空调系统：准集中式空调系统 转向架类型：DT206/TR7004B无摇枕转向架 转向架轴重（t）：≤14 转向架轮径（mm）：860/790 转向架固定轴距（mm）：2500 牵引变流器：IGBT水冷VVVF 牵引电动机：300kW 制动方式：直通式电空制动 辅助供电制式：DC100V，三相AC100V AC220V、AC400V
动车组以固定编组运营，不能解编。往返不需调头。
T： Trailer拖车 M：Motor动车 C：Cabin驾驶室车 K：Kitchen带酒吧车 S：Special一等车 P：Pantograph受电弓
动车组分类
按牵引动力分： 电动车组 内燃动车组 磁悬浮动车组
单击此处添加大标题内容
CRH2动车组
CRH2动车组由南车四方联合日本川崎重工生产，原型为日本新干线E2-1000，但做了改动： 动力配置从E2-1000的6M2T变为4M4T，牵引总功率降为4800KW，运营速度从275km/h降为200km/h。 受电弓改为DSA250型； 不安装主动和半主动悬挂装置。 2007年1月28日，CRH2正式开始在沪杭线及沪宁线投入服务
我国200km h速度等级高速客运机车转向架平台设计分析
2. 1
转向架结构方案简述 转向架为柔性浮动转向 架, 电机采 用对置 ( 或顺
置) 。转向架为两系, 二系采用两端加橡胶垫的高 柔螺旋钢圆弹簧 , 并配垂向、 横向和抗蛇行减振器; 轴 箱采用单轴箱拉杆定位 ; 驱动采用六连杆联轴器的轮 对空心轴机构; 驱动单元由交流异步电机加齿轮传动 系统组成 , 3 点吊挂在构架上, 电机端单点支撑于构架 横梁上, 非电机端采用 2 根吊杆悬挂在构架的横梁或 端梁上, 各连接点均装有橡胶关节 ; 牵引采用低位推挽 单牵引杆 , 牵引杆一端与构架牵引横梁连接, 另一端与 车体端部的牵引座相连接 ; 制动采用轮盘制动和钳式
收稿日期 : 2006 -09 -20; 修回日期 : 2006 -11 -13 基金项目 : 长江学者和创新团队发展计划资助 ( IR T0452) 作者简介 : 张红军 ( 1950 ) , 男 , 山东莱西人, 教授。 E -mail: zhj028@ 126. com
规划 》 , 到 2020 年, 我国将修建 200 km / h 及 200 km / h 以上的客运专线 1. 2 万 km 。由于我国地域辽阔、 铁路 网分布广 , 对于 200 km / h 客运, 从技术和经济的角度 来看 , 机车牵引模式将更适于我国跨地区长途客运 , 也
第4期
我国 200 km/ h 速度等级高速客运机 车转向架平台分析
103
制动单元 ; 构架采用箱型梁焊接钢结构。
表1 3 轴 200 km/ h 速度等级转向架主要参数表
参数名称 机车轴式 最高运行速度 / ( k m 轴重 / t 轴距 ( 1 -2 轴 / 2 - 3 轴) / m m 轮径 ( 新 / 旧 ) / mm 牵引点高度 / mm 轴功率 / k W 轨距 / mm 转向架质量 / t 单轴簧下质量 / t 单转向架簧间质量 / t 单轴最大牵引力 / kN 通过最小曲线半径 / m 一系弹簧静挠度 ( 端轴 / 中间轴 ) / mm 二系弹簧静挠度 / mm 基础制动 踏面 h- 1 ) 数值 C0 -C 0 230 21 2 100/ 2 300 1 250/ 1 170 225 1 600 1 435 26 2. 94 17. 18 74 125 35. 1/ 57. 5 133. 4 轮盘制动 JM3
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
万方数据 收稿日期 R R R S 修回日期 R R R 作者简介 陈喜红 R T 男 湖南攸县人 高级工程师
)
铁
道
学
报
第
卷
的轻 量 化以满足轴重的 要 求 在 车 体 的 主 要 承 载 部 件 采 用 压型件或薄板组焊 成 密 封 式 的 箱 形 空 腹 结 构 其 内部辅以筋板来增强其承载刚度和强度 动力车车体承载结构简图如图 所示
2 ? 2 P # Q & 1 4 I K 6 6 L< = 8 1 3 < 2 =B 8 = 6 ? 6 B < = 1 B? 2 B 2 2 < 1 G 6 M 2 L 7 1 4< 6 3 1 3 4L 6 I 1 4 3 K < 11 E 8 < 1 2 3L 6 I 1% 2 /; <高速动力车车体结构轻量化设计和静 "
% +
约束条件和车体结构材料的选择 约束条件主要分为性能约束和边界约束 对于动 力 车 车体的结构优化问 题 性 能 约 束 就 是 强 度 和 刚 度 的约束 亦即应力和位移应在有关规范确定的范围内 对于动力车车体 需要满足 高速试验列车动力车强度 及动力学规范 的要求 亦即小于所用材料的许用应 力 动 力车 体 的 结 构 材 料 主 要 采 用 三 类 车 体 上 部 结 构的外蒙皮采用不锈钢板 以增加上部 蒙 皮 的 耐 腐蚀性能和 动力 车 外 表 面 的 美 观 性 能 车体上 部 结 构的骨架采用耐候 钢 以增加其耐大 气 腐 蚀性能 车 体底架 及 其 下 部 结 构 采 用 高 强 度 低 合 金 结 构 钢 底 以 增 加 动 力 车 车 体 的 承 载 能 力 架边梁采用防止波浪型变形的新型薄板组合结构 因 而应力约束条件为 为 为各材料在不同工况下的许用应力 合成应力
求设计变量
满足约束条件 使目标函数
这样 确定了 %个设计变量 即
%
各变量的具体含义见表
表 设计变量 初值 上下限值及优化结果
物理含义 车体上部外蒙皮板厚 牵引梁的下盖板 立板的板厚 % 底架边梁 侧立板 前端板的板厚 牵引梁的其它 主要板的板厚 变压器梁板厚 枕梁侧上盖板板厚 枕梁中其它 主要板的板厚 牵引梁 枕梁 的隔板板厚 底架其它各纵 横梁的板厚 司机室的腰梁 角立柱板厚 司机室的侧 立柱板厚 车体后端墙的上部 纵 横梁的板厚 % 侧构上弦带 外蒙 皮除外 的板厚 ) ) ) & & & % " & % % % " " ( ( ( ) ) ) & 初值 " ( ( ( ( ) & & & 下限 值 上限 值 %
6 7 8 7
根据我厂自行进行的 ! " ! ! ! ! ! 改" # 车体强度 计算和委托铁道部产品质量监督检验中心牵引电气设 备 检验站进行的强度 试 验 的 相 互 比 较 可 知 强 度 计 算 的应力值与强度试验的测试应力值基本上相差在 $ 以内 为了保证动力车车体在强度试验时一次合 格 将 % 节 中 的 工 况 一 " 工 况 二" 工 况 三" 工况四下 钢板的设计 许用应 力取 & 钢板的设计许用应力取 % 钢板的 & 设 计 许用应力取 这样当 试 验 测 试 应 力 值 与 & 强度计算应力值相差达到最 大值 $ 时 试 验 测 试应 力 值 也 不 会 超 过 ’钢 板 的 屈 服 极 限 " & 钢板( 冷 轧 )的 屈 服 极 限 % & 钢板的 注 由于 钢 ( & 板的断裂极限比 钢板高 动力车车体强度采用 控制最大应力值的办法 故 的许用应力 取 ) & 为 了保 证 动 力 车 车 体 在 设 计 寿 命 % 年 内 不 出 现 疲劳破坏 将在 % 节中的工况五下 钢板的设 计 许 用应力取 % 钢板 的 设 计许 用 & 应力取 % 钢板的设计许用应力取 & % & 根据 # * + 铁道车辆强度设计及试验鉴定 规 范 车体底架边梁中部的垂向刚度约束为 , . ’ // 边 界约 束 又 称 为 区 间 约 束 用 于 规 定 设 计 变 量 的 取值范围 对于车体结构的板梁件 其板厚根据以往客 运 电力机车的强度试 验 " 设计经验和工艺要求等情况 确定其变化的上下限 万方数据 本次动力车车体优化取值见表
0 , -. /0 12 3 4 5 /, 6 3 47 8 2
C D C D 9:;, 6 3 < 6 = 2 > 9 8 1 ? @8 7A = 8 B < 1 2 3 E2 D. ? 6 B < = 1 BF 2 B 22 < 1 G 6H2 =I E2 D , 1 3 8
J + " ! A 62 K < 11 E 8 < 1 2 3L 6 I 1 4 31 3I < = D B < D = 62 > 1 4 I K 6 6 L6 ? 6 B < = 1 B? 2 B 2 2 < 1 G 6M 2 L 7@1 < <62 K < 11 E 8 < 1 2 3
图
动力车体承载结构简图
车体承载结构优化的数学模型
在 车体 承 载 结 构 的 优 化 设 计 中 首 先 要 确 定 其 目 标函数 设计变量和约束条件 以便建立优化设计的数 学模型 优化设计数学模型的通用表达式如下
图
求解优化问题的流程框图
元 处理 司机室的 侧立柱 采 用 截 面 形 状 固 定 而 板 厚 作 为 变参 的梁单 元 司机室 的 其 余 压 型 梁 均 采 用 截 面 形 状和板厚均为固定的梁单元 统一为一个变参 车体上部外蒙皮的板厚
N> <6I 1 3<6? 2 B 2 2 < 1 G 6> 1 6 ? L2 > 2 D = B 2 D 3 < = 78 < K = 6 I 6 3 < < 6 = <6? 1 4< 6 3 1 3 4L 6 I 1 4 3 < = 6 3 4 <<6= 1 4 1 L 1 < 78 3 L<6
文章编号
[ \9 /F\]A -., -5 / 9 5 F H^ V \, 5 . A ^
高速动力车车体结构轻量 化设计和静 动强度计算
陈喜红 辛成瑶
株洲电力机车厂 轨道电力牵引技术中心 湖南 株洲 摘 要 介绍了运用最优化方法对高速动力车车体进行结构优化设计的过程和对车体进行动 静强度计算及静
8 A 6? 1 4< 6 I < ? 2 8 LM 6 8 = 1 3 4I < = D B < D = 61 I 2 M < 8 1 3 6 L 3 L1 < 1 I <6M 2 L 7<8 < <6L 6 8 L@6 1 4< K 6 = 6 < 6 = 1 I <6? 1 4< 6 I < N L 7 3 81 BB 8 = 8 B < 6 = 1 I < 1 B I2 > <6M 6 8 = 1 3 4I < = D B < D = 6 6 6 < 8 ? ? I < 8 3 L 8 = L= 6 O D 1 = 66 3 < I > 1 3 1 < 66 ? 66 3 < 8 3 8 ? 7 I 1 I 在交通运输市场竞 争 激 烈 的 今 天 铁路高速化是 当今世界发展的潮流和必然趋势 随着现代科学技术 的 快速发展和在铁路 产 业 上 的 应 用 铁路高速化也已 成为现实并朝着更高速度方向发展 在高速铁路技术 中 高速列车占有十分重要的地位 而高速动力车车体 承载结构轻量化的研究也就成为不可缺少的一部分 轻 量化 是 国 内 外 客 运 机 车 设 计 的 一 个 共 同 趋 势 减轻车体 车内设备以及走行部分的重量 不仅可以减 少原材料的消耗 有利于降低牵引功率 提高列车运行 速度 改善列车启动和制动性能 而且可有效减小轮轨 间的动力作用 减小振动和噪声 增加机车和线路的使 用寿命 在考虑减轻动力车车体自重的时候 首先要考 虑在确保车体强度 刚度的前提下 尽量实现车体承载 结构的轻量化 由于 动力车 以下 简称动 力车 的轴 重 因而各部件的轻量化摆 <
0 优化计算工况 根据我厂进行的 ! " ! ! ! ! ! 改" # 车体的强度计 算 知道较大应力主要发生在如下四种组合工况 工况一 动力车静载 1 纵向 工况二 动力车静载 1 纵向 2 压缩载荷 2 拉伸载荷
工况三 动力车静载 1 司机室前窗上 " 下框分别作 用均布的 2 纵向压缩载荷 工况四 动力车静载 1 气动载荷 为了减小计算工作量并对底架的垂向刚度加以控 制 只取 以上 四种工 况加 上动力 车 动 载 ( 工况五) 作为 优化计算工况 3 车体结构优化设计的数学模型 综 上所述 动 力 车 承 载 结 构 优 化 问 题 的 数 学 模 型 为 / 5 , ( 4) 工况 % 工况 % , , 工况 4 4 47
强度试验的结果 得到的最轻量化的车体承载结构 使其成为我国目前机车行业中每单位长度自重最轻的车体 轻量化设计后的承载结构的强度 刚度及动态特性满足各项标准的要求 关键词 高速列车 动力车 车体 轻量化 优化设计 有限元分析 文献标识码 中图分类号
! " " !" # " $ ! ) ! " % !% " & ’ & ( $ * $& & ! " + & #