地铁列车车体结构动态特性与优化研究

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1、摘要地铁列车车体结构动态特性与优化研究论文以模块化铝合金地铁列车车体为研究对象，在江苏省十五重大科技攻关项目“模块化铝合金地铁车体开发与产业化"(批准号：BE2004016)和西南交通大学牵引动力国家重点实验室开放基金“地铁车辆结构动态分析与优化”(批准号：TPL0604)的支持下，基于结构和空气动力学理论，研究以提高地铁车辆的结构动态性能为目标。论文的主要研究内容和创新点如下：1．建立了模块化铝合金地铁列车车体各分总成及整车的CAD装配模型，为建立车体结构动力学CAE模型做好了前期准备。2．建立了新型高速地铁列车动车体各分总成及整车的结构动力学CAE模型。该模型考虑了

2、车辆结构动态特性分析时既要有足够的分析精度，但规模又不宜太大，以照顾到计算机运行的效率。3．以拖车(头车)作为研究对象，确定了有限元模型的计算载荷、运行工况和评定标准。计算了在整备状态下的车体静强度，整备状态和超常状态下的固有频率和振型。结果表明，地铁车体静强度能满足相关标准的要求，而车体一阶扭转和一阶垂向弯曲自振频率则低于10Hz，这样就不能避开转向架的点头频率。因此，提出了在满足车体强度前提下，适度减轻结构质量和增大结构刚度，实现降低次要的振型频率来提高主要的振型频率，以避开转向架的点头频率。4．以工业设计的理论与方法作指导，研究TCAS技术在地铁列车车头造型设计中

3、的应用，根据我国地铁B型车车辆限界标准，综合考虑列车气动和美学因素，并结合地铁列车的运行特点，提出了三种地铁列车车头简化计算模型，讨论了地铁列车流线型车头的外形设计、结构设计和加工工艺设计。5．基于结构动力学和空气动力学理论，推导建立了地铁车头的空气动力学模型，分析了地铁车辆在隧道中和高架上运行的动力学特性，气动特性、压力分布及其阻力系数。优化了车头流线型造型，使车头达到了既减小气动阻力又使车头美观大方充满时代气息。论文的研究工作为模块化铝合金地铁车体结构优化和流线型外观设计积累一定经验，对开发拥有自主知识产权的轨道车辆，提高我国地铁车辆设计水平作出贡献。关键词：地铁列

4、车，车体结构，静强度，振动模态，空气动力学东南大学博士学位论文RESEARCHONDYNAMICCHARACTERISTICSANDoPTIMIZATIoNOFSUBⅥ，AYBODYWORKSTRUCTUREABSTRACTSupportedbyJiangsuprovinceFifteenImportantTacklekeyproblemitemofdevelopmentandindustrializationofmodularizedduraluminsubwaybodywork口uthorizedNo：BE2004016)andNaturalTractionDriv

5、eEmphasesLabopeningitemofSouthWestJiaoTongUniversityofdynamicanalys括andoptimizationofsubway-bodystructure(AuthorizedNo：TPL064),dynamiccharacteristicsofmodularizedduraluminsubwaybodyworkhavebeenstudiedthroughapplyingstructuralmechanicsandaerodynamicstheory．Structuraldynamicperformancewast

6、argeted．Indetail，themajorcontributionandtheinnovationachievementsofthepaperareasfollowing：1．TheparameterizedCADassemblymodelofmodularizedduraluminsubwaybodypartshadbeenbuilt，andapreconditionWasaffordedforfurtherCAEmodel．2．StructuraldynamicCAEmodelofeachpartandwholebodywereestablished，whi

7、chwasthenewfashionedhigh—speedsubwaytowtruck．Themodelcouldreflectexactlythedynamicpropertiesofthestructure，thescaleoftheFEMWascontrolledtoalevelwhichcouldbeacceptedbythepresentcomputerprocessingefficiency．-3．Tooktowtruckasanalyticalobject．ItwasdeterminedtheFEMc灿culational