基于有限元分析的低地板轻轨车车体优化研究

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1、摘要摘要轻轨交通作为一种新的公共交通模式，其特点是站间距离短，起、制动频繁。轻轨车辆为获得较大的起、制动加速度，要求尽可能降低自重。因此需要对车辆进行优纯设计，丽车体作为车辆的主体成为优化减重的主要对象。如何解决既满足性能要求又能保证自重最轻之间的矛盾，成为轻轨车车体设计和制造中的重要研究课题。针对湘潭电机股份有限公司生产的Q6W-2型轻轨车车体，展开一系列研究工作。首先用有限元法对轻轨车车体进行了强度和刚度分析，并对实际车体进行了静强度试验，计算僮和试验值基本吻合，说明有限元分车厅的建模方法、边界条件的确定、求解器的选择等是合理正确的。在有限元分析和静强度试验的基础上，选择适当的初始

2、车体结构和优化方法，以自重为目标函数，以应力为约束条件，建立了连续变量优化韵数学模型，借助ANSYS优化工具，对车体进行了连续变量优化分析，获得了连续变量优化勰。由于得到的连续变量优化解不能应用于工程实际，针对轻轨车车体的特点，提出了改进的离散变量优化方法，该方法的关键是在连续变量优化解的基础上，建立离散变量优化的数学模型，然后按照一定的算法剔除不符合要求的多数解后，在少量剩余解中用有限元验算并求得最终解。以B模块车体为例，按上述方法对车体进行了优化分析。得出离散变量优化解后，对车体重新建模并作了有限元重分析。分析结果表明，除个别已剔除的特殊位置(如约束处)外，该车体的等效应力均不超过

3、许用应力，应力分布更趋均匀。优化后煎车体相对减重率约8％，并已应用予工程实际。关键词轻轨车车体；有限元分析；静强度试验；连续变量优化；离散变量优化燕山大学工学硕士学位论文AbstractAsanewtransitpattern,themainfeaturesofthelightrailtransitaredistancebetweenlightmiltransitstationsrathershort，frequemstartandbrake．Inordertogetthehigherstartingandbrakingacceleration,thelightrailvehiclen

4、eedstoreduceitsweight懿much嬲possibleandusestheoptimizedstructure．Astheprinciplepartofavehicle，bodyisoneofthemainobjectofoptimization．Itbecomesanimportantresearchtasktosolvethecontradictionofnotonlymeetingtheperformancedemand，butalsoensuringthecurbweightlightestinthedesignandmanufacturingoftheligh

5、trailvehiclebodyTothebodyofmodelQ6W-2lightrailvehicle，whichismadebyXiangtanelectricalmachineCoLtd，aseriesofresearchworkweredone．Tothefightrailvehiclebody,theauthorcarriedoutFEManalysisbothinstrengthanalysisandinstiffnessanalysis．anddidstaticstrengthtest．Thecalculationvalueisconsistencewiththemea

6、surevalue，ItisprovedcorrecttoestablishtheFEMmodelsimulatetheboundaryconditionandselectthesolver．BasedontheFEManalysisandthestaticstrengthtest．theauthorselectedtheappropriateinitialbodystructureandoptimizationmethod，andestablishedoptimizationmathematicmodelofthecontinuousvariable，withthecurbweigh

7、tastheobjectfunctionandstressastheboundarycondition．Alsotheauthorcarriedouttheoptimizationanalysisofcontinuousvariablesoncal"bodyandobtainedtheoptimizationresultwithANSYSoptimizingtools．ForthereaSonthattheoptimizationsolutio