基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究

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1、西南交通大学博士学位论文基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究姓名：缪炳荣申请学位级别：博士专业：车辆工程指导教师：金鼎昌20061001第1I页西南交通大学博士研究生学位论文口程序FEMBS产生多体仿真需要的柔性体数据文件。车体结构动态响应，通常可以表示为应力／应变历程，也是车体结构疲劳分析的重要前提。论文讨论了几种时域和频域内预测结构动应力分析方法，重点提出了多体动力学和有限元法预测车体结构动应力的思路和方法．即利用准静态应力分析方法对车体结构进行动应力计算．具体方法是利用ANSYS对车体结构进行有限元建模和分析计算，获得车体结构在35个载荷工况下的应力影响因

2、子。并将其和多体仿真的载荷历程相互相乘叠加求和计算，最终获得车体结构应力时间历程。同时利用有限元分析分别计算了模态分析结果和子结构特征。最后，利用雨流矩阵和Markov链理论以及MATLAB的WAFO技术，结合材料的S．N曲线和结构应力历程，以及Palmgren．Miner损伤累积理论预测车体结构疲劳寿命。利用FE．FATIGUE对车体结构采用基于应力的安全因子分析法获得结构损伤分布和应力安全因子。同时通过与线路实测的车体结构牵引座的动应力相互比较验证，验证论文提出的多体动力学和有限元法的有效性。总之，这篇论文比较系统的阐述了基于多体动力学和有限元法对机车车体这样大型复杂结构

3、展开疲劳研究的基本思路和方法。利用这种集成的计算方法可以在产品的开发早期较为准确的预测结构的疲劳特性，为实际研究复杂结构的疲劳寿命预测和有效进行结构耐久性测试提供了良好的理论依据。关键词：机车车体结构疲劳多体动力学有限元西南交通大学博士研究生学位论文第llI页AbstractNowadays，theresearchofforeignanddomesticlocomotiveandvehiclecarbodystructurefatiguestrengthandanalysisunderdynamicalloadsisalmostblank．Themainreasonmaybe

4、thatthecarbodystructureisonelargecomplexstructureanditsdurabilitytestistooexpensive．Ifonlyimposingconstantamplitudeloadspectraandstaticloadtestresultstoevaluationoffatiguestrengthofthewholecarbodystructure，itmayberesultinseriousproblems，althoughthemethodissimple．Becausestochasticvariabledyn

5、amicloadscaUsetheservicelocomotivecarbodystructurefatiguefailure．Withthemorehighervehiclevelocitiesrunningontherealrailwaylines，themainresearchtrendinmodernlocomotivevehicleindustryistoproducesafeandreliabilitiesandlightweightcarbodystructure．Soresearchofcar-bodystructurefatiguelifeevaluati

6、onmethodhasbecomeoneofmostimportanttasksandresearchprojects．ThispaperisdevelopedonesystemresearchmethodtoperformcarbodystructurefatiguelifesimulationwithMultibodySystem(MBS)dynamicsandFiniteElementAnalysis(FEA)byabsorbingsomereferenceneweralgorithm．Obviously,theresearchscopeispayattentionto

7、MBS(MultibodySystem)，FEA(FiniteElementAnalysis)andstructurefatiguelifeprediction．Thedetailprocessesinclude：obtainingthetrackirregularitiesexcitationthroughtime-frequencytransformtechnoiogyofvehicleexcitedspectra；Rigidandflexiblebodieshybridmodelingandsim