一种基于结构拓扑优化的动车组车体设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于结构拓扑优化的动车组车体设计方法，本发明专利技术打破了现有的车体传统的基于灵敏度分析，代理模型的结构设计方法，将结构拓扑优化思想贯彻到车体结构设计中，通过研究车体结构尺寸、形状及拓扑综合优化设计等方面，发明专利技术了一种全新的结构拓扑优化的动车组车体设计方法，在保证车体强度、模态及疲劳等性能指标不变的前提下，最大程度降低车体重量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构拓扑优化的动车组车体设计方法


[0001]本专利技术涉及轨道客车车体领域，尤其涉及一种基于结构拓扑优化的车体涉及方法。

技术介绍

[0002]目前轨道车体结构设计优化主要基于灵敏度分析，代理模型等方法，对结构的形状以及尺寸进行优化，设计人员根据车体实际结构特点，参照相关设计规程要求，在合理优化车体结构设计的基础上，对型材断面以及底架边梁等车体结构细部进行相应的调整优化，但现有的尺寸及形状优化设计存在高度依赖设计原型、设计变量规模小、性能优化空间有限等局限，因此急需新的结构设计方法来突破尺寸及形状优化的设计极限，进一步提升轨道车辆车体结构轻量化设计水平，优化轨道交通车辆整体使用性能。
[0003]近年来，拓扑优化技术由于其不依赖工程人员、设计师的经验，也能得到高性能的结构设计，逐步扩展到了包括流体、声学、电磁学、光学等多个其他领域，基于拓扑优化方法的轻量化技术已经成为高速列车未来的主要发展趋势，虽然国内外对轨道车辆车体结构的优化研究较为广泛，但是仍主要侧重于尺寸/参数优化算法，对于基于拓扑优化的车体结构设计方法等方面的研究尚显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构拓扑优化的动车组车体设计方法，其特征在于，所述的设计方法包括如下步骤：步骤1：以既有动车组车体结构特征为基础，进行车体结构在纵向、垂向和横向三个方向下的力流传递路径的分析，研究车体结构三向力流传递的承载特征，发现结构强度的薄弱部位和强度冗余部位。其方法为：首先以组成车体的型材之间的焊缝位置为基准将车体结构分成若干块型材部分，根据EN12663标准，选取对结构强度影响最大、较恶劣的工况优先进行计算分析，分别提取不同型材部分的Von
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Mises应力σ，与该型材部分材料的许用应力[σ]做比，当[σ]/σ>0.85的节点数量大于分块型材节点总数的15％时，认为该部分强度薄弱；当[σ]/σ<0.60的节点数量大于分块型材节点总数的35％时，认为该部分强度冗余；经过计算分析判断可得到存在较大冗余的型材部分，将上述部位作为下一步轻量化的重点对象；经对多个车体的计算可知，底架下边梁和车顶上边梁均为轻量化的重点对象。步骤2：以车体轻量化为目标，对车体主承载结构、次承载结构和端部安全防护结构进行强度、刚度、稳定性、耐撞性与重量、工艺的匹配关系进行研究，提出车体设计的边界条件(如重量指标、模态指标、强度标准等)，并结合车体主要轮廓技术参数，建立车体轮廓模型，将已确定的技术参数(如焊缝位置、线槽位置、门窗口安装位置等)作为结构拓扑优化的输入参数，形成初步的计算模型；步骤3：由于模态对车体结构的影响较大，先对计算模型进行车体模态分析，而根据步骤1可知，车顶上边梁和底架下边梁对车体模态影响较大，作为重点选取对象进行拓扑优化，通过定义材料的密度属性获取满足车体模态要求的拓扑构型方案，其它各组成部件也同时按上述方法进行结构拓扑优化，获取相应的构型方案，从而形成车体的构型方案；步骤4：对步骤3形成的拓扑构型重建回代分析，按EN12663标准要求的所有适用工况，校核其静强度及疲劳性能，直至找到满足EN12663标准要求的结构，从而获得最优的结构拓扑优化结构；步骤5：由于步骤4获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：于庆斌，邵晴，何玲利，刘春艳，张金，
申请(专利权)人：中车长春轨道客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：