动车组车体模态灵敏度及优化设计研究

建立动车组车体有限单元模型,计算整备状态下的车体模态,以车体主要板件厚度为设计变量,用数值微分法计算整备壮态下车体模态频率对板件厚度的灵敏度;通过灵敏度分析车体各部件对车体模态的影响规律,并基于灵敏度合理选择设计变量,以提高车体低阶模态频率和降低车体质量互为目标和约束条件,建立优化设计数学模型,实现了车体优化设计,优化后车体一阶菱形模态和一阶垂弯模态频率分别提高了1.05 Hz在和0.95 Hz,但保持了车体质量不增加,分析校核了优化后的车体强度。优化结果表明,所提出的基于灵敏度的综合提高车体性能的优化设计方法在显著提高车体前二阶模态频率的同时,保持车体质量不增加,并保持车体强度相对不降低,综合提高了车体性能,取得了明显的优化效果。     

高速列车蓄电池箱共振可靠性优化

高速列车蓄电池箱在受到激励频率的作用下会发生共振.为了提高蓄电池箱的共振可靠性,将可靠性分析与优化设计相结合进行高速列车蓄电池箱共振可靠性优化.首先通过模态分析得到蓄电池箱的固有频率,依据激励频率与固有频率的关系准则,建立蓄电池箱共振的失效函数,利用可靠性分析得到蓄电池箱的共振可靠度.然后采用灵敏度分析选取优化设计变量,利用最小二乘法拟合出优化目标和约束条件的响应面模型.最后以蓄电池箱共振可靠度为优化目标,一阶固有频率和质量为约束对蓄电池箱进行共振可靠性优化.优化结果显示,可靠性最优解远离约束边界,而且在提高蓄电池箱共振可靠性的同时减轻了结构质量.研究成果为蓄电池箱的进一步改进提供了理论依据.     

基于模态应变能及灵敏度分析白车身模态优化

白车身优化过程中,由于板件较多,直接使用模态灵敏度分析的分析对象多且计算量大。本文引入模态应变能分析方法,从而减少模态灵敏度分析对象,提高优化效率。基于模态试验验证的有限元模型,选取模态应变能分析的一阶模态振型下的薄弱位置,缩小模态灵敏度分析的板件范围,再根据灵敏度分析结果对板件厚度进行调整,提高白车身一阶模态频率。最终结果表明,优化后一阶模态频率由15.75Hz提高到了16.50 Hz,同时白车身质量未增加,实现了白车身模态性能提升的同时车身不增重。     

动车组车体异常弹性振动原因及抑制措施研究

动车组车体正常运营状态下可以保持十分优异的动力学性能,给乘客创造舒适的出行环境,但在偶然情况下也会出现异常弹性振动,也被称为抖车问题,严重影响车辆运行品质。基于线路实测车轮和钢轨外形,建立考虑弹性车体的动车组刚柔耦合动力学模型,仿真再现了动车组车体异常弹性振动现象,并对异常振动原因进行了研究。结果表明:动车组车轮与钢轨匹配关系异常,轮对等效锥度达到0.65,导致转向架蛇行运动频率达到9～10 Hz,与动车组车体一阶菱形模态频率接近,是引发车体产生异常振动的原因。基于此原因,改善轮轨匹配条件、提升车体一阶菱形模态频率和控制转向架蛇行运动相位关系是抑制异常弹性振动的三大方向。通过仿真分析发现,打磨钢轨和镟修车轮均能改善轮轨匹配关系,进而有效解决抖车问题;提升车体一阶菱形模态频率可将转向架蛇行运动频率与车体弹性模态频率分隔开,从而降低车体异常弹性振动;另外,使前后转向架反相位蛇行运动也可以避免激发车体一阶菱形模态。最终建议对异常振动线路轨道进行打磨处理;对于新设计高速动车组车体,建议提升车体一阶菱形模态频率,以提升了动车组车体对磨耗车轮和异常线路的适应性。     

基于模态灵敏度分析的某乘用车白车身结构优化设计

建立了某乘用车白车身模态有限元分析模型,计算了白车身的振动模态。对白车身1阶扭转频率对各板件厚度的灵敏度进行了分析,得到相对抗扭灵敏度较大的板件。以这些板件为设计变量,对白车身结构进行优化设计。优化后车身的1阶扭转频率由25.24 Hz提高为27.007 Hz,避开了发动机激励的共振频率,增强了整车强度。     

新型高速动车组车体结构强度分析及优化设计

介绍了新型动车组车体结构主要技术参数、车体的结构特点及主要零部件等。运用有限元软件对车体进行了有限元建模并基于EN12663标准对车体结构进行了强度和刚度分析,采用基于离散变量的尺寸优化法对结构薄弱处进行改进优化。通过对整车车体进行自由振动模态分析,明确了车体一阶垂向弯曲变形频率和振型,依据车体结构的静强度报告对测试数据和仿真结果进行对比并对试验和计算的差异进行了分析。     

高速动车组污物箱有限元分析与优化设计

高速动车组在运行时产生的剧烈振动对污物箱等车下吊挂设备的安全可靠性会带来不利的影响。根据标准IEC 61373-2010《铁路应用—机车车辆设备—冲击和振动试验》,利用有限元法对高速动车组200 L污物箱组成进行三向冲击工况的瞬态仿真分析,通过计算得出了污物箱在冲击工况下的Von Mises等效应力。根据计算结果对其进行了结构优化,对应力较大的部位进行了增强。再次进行有限元分析,计算结果表明相比原模型其结构强度得到显著提高。最后对改进后的模型进行以最大化一阶固有频率为目标的拓扑优化,结果再次验证了结构优化的合理性。     

某纯电动城市物流车电池箱模态分析优化及试验验证

针对某型纯电动城市物流车电池箱在行驶中发生振动问题,采用有限元模态及试验模态分析,得到其模态频率与振型;并通过比较有限元模态与试验模态分析结果,验证电池箱有限元模型的可靠性。基于试验模态分析结果确定电池箱优化区域以及优化目标。利用有限元法对优化前后的电池箱模态进行对比分析,结果证明优化后电池箱模态频率得到普遍提升。对电池箱结构设计具有一定的参考价值。     

装载机驾驶室试验模态分析及动态特性优化

装载机驾驶室是装载机重要结构总成,其作用是布置装载机操作机构以及为操作人员提供驾乘空间。为了满足工作环境的要求,它还必须为操作人员提供足够的安全保障及舒适的工作环境。对某型装载机驾驶室模态进行测试分析,结果表明驾驶室第一阶模态频率偏低。利用有限元分析工具Hyper works及NASTRAN得到与试验相应正的驾驶室FEM模型,进行基于驾驶室结构板件刚度特性的模态灵敏度分析,得出影响驾驶室第一阶模态频率的敏感区域,运用尺寸及形貌优化技术对驾驶室进行结构优化。优化前后结果对比表明驾驶室第一阶模态频率提升15.32%,驾驶室动态特性得到优化。     

基于响应面方法的微型车车门模态分析与优化

应用灵敏度分析方法和响应面法,优化车门结构模态。建立车门的有限元数值仿真模型,并通过约束模态测试对仿真模型进行标定。对车门第三阶模态频率关于车门板件厚度的灵敏度进行了研究,筛选出高敏板件并以这些板件的厚度为设计变量,运用面心复合设计方法获取样本点,构建了车门第三阶模态频率的二阶显式响应面函数。基于此响应面函数进一步建立了优化模型,结果显示改进车门厚度后,车门和白车身模态分离,同时实现省材5.83%。     

基于结构优化的小货车车身模态特性改进

建立了某小货车车身有限元模型,并进行了模态分析和拓扑优化。依据拓扑优化结果,提出了4种提高模态频率的方法。通过方案的对比,选取添加加强板和连接件的方式对车身结构进行改进,运用尺寸优化对修改件厚度进行了优化。结果表明,该方法能有效地改进小货车车身模态特性,1阶固有频率从14.34 Hz提高到20.03 Hz,弯曲刚度和扭转刚度也都有改善。     

车门结构多目标轻量化研究

针对现有结构多目标轻量化设计采用单一变量(如板件厚度为优化变量)的不足,将网格变形技术创建的形状变量引入到了车门结构多目标轻量化设计中,建立了以板件厚度与车门结构形状同时作为设计变量的参数化有限元模型。对该车门进行了动态试验测试,验证了有限元模型及计算结果的可靠性;考虑到该车门一阶频率过低的问题,将一阶频率最大、车门质量最小作为优化目标,垂向刚度、窗框刚度为约束,进行了试验设计(DOE),通过Kriging函数模型拟合了要优化的目标及约束,经过精度校验,验证了该近似函数模型符合精度要求;最后利用多目标遗传算法进行了寻优计算。研究结果表明:在垂向刚度、窗框刚度满足约束值的情况下,车门质量最终降低2.84 kg(减重达13%),一阶频率提高了25.8 Hz。     

高速动车组车体模态特性分析

针对轨道不平顺及设备运转使高速动车组运行过程中产生复杂的振动、严重降低乘坐舒适性和行驶安全性等问题,对车体进行模态特性分析,以改善车辆的动态响应特性。建立某高速动车组车体有限元模型,计算3种车体不同质量条件下的振动模态,分析设备吊挂位置和吊挂点数目对车体模态频率的影响,得到模态频率和振型的变化规律。在有限元计算的基础上搭建车体模态测试系统,对车体进行模态试验,分析仿真与试验结果的差异及原因,验证数值计算和有限元模型的正确性。结果表明,车体模态频率满足相关设计标准,不同质量的车体低阶模态振型变化趋势一致,吊挂位置对底架垂弯和车体扭转振动频率影响较明显,吊挂点数目增加使车体模态频率逐渐升高。     

高速列车承载结构对车体模态频率的影响

运用Hypermesh软件建立了某型高速列车有限元模型，选定内侧地板、侧墙和车顶作为研究对象，分析了承载结构厚度尺寸的变化对车体一阶垂向弯曲、菱形和扭转变形固有频率的影响。结果表明，车顶厚度的变化对车体模态频率的影响最大，在车体设计时可通过修改车顶的参数来改进车体的模态特性。     

动力电池箱的形貌优化及尺寸优化设计

为了实现动力电池箱的轻量化,对原电池箱3种典型工况进行结构强度分析及模态响应分析,根据分析结果制定优化方案.对电池箱上盖进行了形貌优化,以增强上盖的结构刚度,同时提高电池箱整体的低阶频率;对电池箱框架结构进行尺寸优化,以减少非关键位置的材料堆积.对改进后的电池箱进行静态和动态特性分析,结果表明,电池箱前6阶频率均避开激...     

铝合金A型地铁轻量化车体结构与有限元建模

详细介绍了铝合金A型地铁车辆轻量化车体结构特点,合理简化结构几何模型,建立了符合车体结构力学特性的车体有限元模型.参照标准进行了不同工况下车体结构静强度校核和一阶模态分析.结果表明,该车体静强度符合标准,一阶弯曲模态频率满足动态要求,从而验证了车体结构简化的合理性和有限元模型的正确性.     

ATV车体振动特性分析及改进

采用UG软件对某ATV车体进行几何建模,利用Hypermesh软件建立其有限元模型,并进行自由模态的计算机仿真分析,利用LMS实验模态分析系统对该车架进行实验模态分析,验证了有限元模型的有效性。根据计算和实验模态结果,分析车体振动特性,发现发动机激励频率与车体频率同步时,会引起车体共振。利用改变车架结构尺寸使其避开发动机的工作频率的方法来避免共振,为改善整车振动舒适性提供了有效方法。     

某车用电池箱随机振动仿真分析

基于随机振动仿真手段评估车用电池箱结构的振动特性。依据GB/T 31467.3-2015法规要求,采用Opti Struct软件对电池箱模型进行模态分析,获得电池箱的模态振型及各阶模态频率,以获得的模态频率为依据对电池箱进行PSD随机振动分析。为避免与汽车振动源共振,重点研究电池箱与激励源频率接近的频率下的PSD随机振动的响应结果。结果表明,电池箱1阶频率为23.11 Hz,电池箱3个方向上的3-σ应力均小于材料Q345的屈服强度;利用CAE仿真手段能够大幅度缩短电池箱的设计周期,优化了设计流程。     

基于灵敏度分析的白车身结构轻量化设计

建立了白车身有限元模型,并用模态实验验证了模型的正确性,利用有限元法分析了该模型一阶扭转模态频率灵敏度和车身质量灵敏度,选取相对灵敏度绝对值较大的车身板件作为轻量化设计变量,以白车身质量为优化目标、一阶扭转模态频率为状态变量进行优化,优化后白车身质量降低10.5kg.     

基于响应面法的机载光电集成箱优化设计

机载光电集成箱在战斗机飞行过程中面临振动、冲击等恶劣工作环境。本文旨在提高光电集成箱抗振动干扰能力和结构可靠性,以减少最大变形量和提升结构一阶模态频率为目标,对光电集成箱进行多目标优化设计。根据加速度过载极端条件对原始光电集成箱三维模型进行特定载荷下的静力分析和普通约束条件下的模态分析;采用最佳空间填充设计法（OSFD）法进行实验设计,提取结构设计参数并建立样本空间,响应面模型运用Kriging法进行构建;以最小化结构变形量、提升结构第一阶模态频率作为优化目标,以结构等效应力和质量为约束条件,运用MOGA遗传算法对构建响应面模型进行了优化求解,得到响应面模型最优解,最后对模型进行参数化重构和验证。优化结果显示：经过优化后的光电集成箱,最大变形量减少了44.02%,基频提高了33.6%,质量减少了8%,有效地提升了光电集成箱的动力学性能和可靠性。