基于ansys的tc车车身结构有限元建模

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1、http://www.paper.edu.cn基于ANSYS的TC车车身结构有限元建模宋謌，宋玉晶中南大学交通运输工程学院，长沙（410075）E-mail:diana0971@sohu.com摘要：建立TC车的有限元模型是对TC车进行模态分析和谐振分析的基础，也是建立声场计算模型的必要环节。模型的精确与否，直接关系到计算结果的准确性和可靠性。本文详细地阐明了TC车有限元模型的建模思想及过程。关键词：TC车；车身；ANSYS；有限元；建模中图分类号：U270.321.TC车车身结构有限元建模时的处理技巧1.1有限元模型材料

2、参数及梁结构的处理普通TC车车体由底架、侧墙、端墙、车顶和司机室等部分组成，如图1所示。侧墙、[1]端墙、车顶上分别有加强筋、梁。由于用有限元进行模态分析得到的是整个结构的各阶固[2][3]有频率和振型，因此结构上的一些细节问题可以忽略。图1TC车车体结构总图Fig1StructuralsketchmapofTClocomotivebody[4]建模时先确定TC车侧墙、端墙、车顶、车底上的筋和梁，也就是TC车的骨架。在ANSYS中建模时，建立TC车的骨架时采用梁单元。对于车底架，在靠近车体头部，距车体中心线7805mm、7

3、210mm处的两根横向梁，及外侧纵向梁(见图2)，在ANSYS中将其简化为图3a的形式；车体前部与距车体中心线8385mm处的横向梁间的4根纵向连接梁，简化为图3b的形式。在梁截面的简化图中，标[5]示出了梁截面的几何型心、剪心位置。图2车底前部梁的分布情况Fig2Distributionofbeamsinanteriorcar-bottom-1-http://www.paper.edu.cna)b)图3车底前部梁截面Fig3Sectionofbeamsinanteriorcar-bottom车底板与转向架的连接位置为动力

4、传递点，是仿真分析中轮轨激励载荷的施加位置。由于实际结构复杂因此需要进行适当的简化，刚度较大的部件处理为相似截面的梁。经过处理，连接处的结构为梁与板的组合结构，由钢板围成相似形状后再由内部的钢梁进行加强，与原设计图对比如图4a、b所示。内部结构的对比如图4c、d所示，箱形结构内部简化为纵向两种型号的角钢(图上标号为○1和○2)，一种型号的槽钢(图上标号为○3)各2根，横向一种型号的[6]槽钢4根。该简化方式最大限度地保证了模型和实际结构的一致性。a)平面图b)转向架仿真模型PlanofBogieBogieSimulatio

5、nModelc)转向架截面图d)内部简化梁结构SectionPlanofBogieSimplifiedInternalBeamStructure图4转向架仿真模型与设计结构的对比Fig4Comparisonofbogiesimulationmodelanddesignstructure-2-http://www.paper.edu.cn图5车底板中部梁单元（左），梁截面平面图（右上）和梁单元局部视图Fig5Centralfloorbeamelement(Left),Planofbeamsection(Topright)&L

6、ocalviewofbeamelement车底中部的15根横向梁（见图5），车底外侧靠近一、二位枕梁的4根横向梁、一位枕梁与距车体中心线8385mm处的横向梁间的2根纵向连接梁、及连接二位枕梁与车体后部的2根纵向梁简化为图6b的形式，在车体头部及尾部的2根横向梁，一、二位枕梁上靠外边的4根横向梁，简化为图6c的形式，一、二位枕梁上距中心线稍远的4根横向梁，简化为图6d的形式，一、二位枕梁上近车体中心线的4根横向梁，简化为图6e的形式，枕梁上靠外边的4根横向梁与枕梁上距中心线稍远的四根横向梁的8根连接梁，简化为图6f的形式。

7、b)c)d)e)f)图6车底梁截面的定义Fig6Definitionofcar-bottombeamsection-3-http://www.paper.edu.cn车顶梁的设计方案如图7所示，在两端和中部位置，梁的结构主要为Z型截面梁，在安装空调的位置，梁截面形状为“几”字型，没有安装空调的位置，梁单元截面形状简化为图8所示。由此建立起仿真模型的车顶如图9所示。图7车顶梁的分布情况Fig7Distributionofcar-roofbeams图8车顶梁截面的定义Fig8Definitionofcar-roofbeamse

8、ction图9仿真模型中车顶梁的情况Fig9Car-roofBeaminsimulationmodel图10所示为仿真模型中司机室车顶梁结构，以及梁截面的设计平面图和构造车顶的梁单元的对比。车顶结构中，两端和中部的结构与此相同。仿真模型中空调位置的结构，以及梁截面的设计平面图和构造车顶空调位置的梁单元的