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列车车体轻量化设计研究进展

机械工程学报 2023年第24期59卷 177-196页

作者：张磊许帅康陈洁李鹏飞于世杰王超天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384 北京理工大学国际设计中心北京100081 中车株洲电力机车有限公司工业设计研究所株洲412021 西南交通大学人-机-环境系统设计研究所成都611731

为研究列车车体的轻量化设计方法,对近年来国内外列车车体轻量化设计领域取得的主要成果,及其在高速列车、城轨列车和磁浮列车车体中的应用进行了梳理。分析列车车体的设计要求和数值建模方法;重点研究列车车体结构优化中的拓扑优化、... 详细信息

为研究列车车体的轻量化设计方法,对近年来国内外列车车体轻量化设计领域取得的主要成果,及其在高速列车、城轨列车和磁浮列车车体中的应用进行了梳理。分析列车车体的设计要求和数值建模方法;重点研究列车车体结构优化中的拓扑优化、形状优化、尺寸优化和多学科设计优化等方法及其进展;列举镁合金、玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维等新型复合材料在列车车体轻量化设计中的应用,并对现阶段列车车体制造中的工艺参数优化、搅拌摩擦焊和激光焊接等加工工艺进行归纳。指出未来列车车体轻量化设计的发展方向和趋势,旨在为列车车体轻量化设计研究提供参考。

关键词：列车车体轻量化设计车体结构结构优化轻量化材料加工工艺

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严寒地区列车车体抗冰除雪措施研究综述

铁道科学与工程学报 2022年第12期19卷 3798-3805页

作者：丁东李智刘丹井国庆长安大学公路学院陕西西安710064 包头铁道职业技术学院内蒙古包头014060 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

严寒地区冰雪线路,高速列车风吹起的雪颗粒在列车底部或车身部位积聚、结冰,在列车振动或温度改变下,附着的冰雪块高速脱落,击打道床和车体,引起连锁反应,严重影响列车运行速度和安全。围绕列车车体冰雪积聚问题,从结构设计、防护方案... 详细信息

严寒地区冰雪线路,高速列车风吹起的雪颗粒在列车底部或车身部位积聚、结冰,在列车振动或温度改变下,附着的冰雪块高速脱落,击打道床和车体,引起连锁反应,严重影响列车运行速度和安全。围绕列车车体冰雪积聚问题,从结构设计、防护方案和除冰作业3个方面,梳理国内外严寒地区车辆设计理念和冬季铁路运维经验,总结列车车体结构优化和抗雪优化措施,介绍新型冰雪防护技术和除冰作业方法。研究结果表明:1)整体性、平顺性、密闭性和耐寒性是新型冬季列车设计的主要特点,同时,裙板和雪犁等装置的使用可增加列车抗雪除雪性能;2)超疏水涂覆材料对延缓车体积冰具有一定的作用,但仍无法满足风雪、高寒的复杂运行环境;3)转向架、制动系统和电力系统等是受冰雪积聚影响的重点区域,应采用不同的防护和运维措施;4)列车除冰作业一般采用热空气或温水喷射融化车体表面冰层,并辅助采用人工破冰清扫的方法,丙二醇等低熔点化学用品的使用也取得了良好的效果。因此,列车车体除雪融冰应从全尺度、全过程综合考虑,从设计阶段优化车身结构,在重点区域加装冰雪防护装置,在列车运行时采取合理的除冰作业方式,以缓解和减少冰雪积聚,降低冰雪飞溅风险。

关键词：严寒地区列车车体冰雪积聚冰雪飞溅融冰除雪

列车车体106XC型材挤压过程数值模拟及模具优化

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中南大学学报（自然科学版） 2012年第9期43卷 3372-3379页

作者：宋佳胜林高用贺家健刘健张振峰中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 有色金属材料科学与工程教育部重点实验室湖南长沙410083 江阴市江顺模具有限公司江苏江阴214423

以列车车体106XC型材为例进行挤压模具结构设计;在HyperXtrude10.0软件平台上,采用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)网格描述的有限元方法,实现大断面复杂截面铝型材挤压过程的数值模拟。通过增加模芯处引流孔直径、增大引流槽的斜度、调整... 详细信息

以列车车体106XC型材为例进行挤压模具结构设计;在HyperXtrude10.0软件平台上,采用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)网格描述的有限元方法,实现大断面复杂截面铝型材挤压过程的数值模拟。通过增加模芯处引流孔直径、增大引流槽的斜度、调整二级焊合室的大小和工作带长度等措施,对模具进行结构优化,优化后型材最大变形量明显减小,出口处金属流速得到均衡。研究结果表明:数值模拟结果与生产试模结果吻合良好,表明数值模拟结果能为大型复杂截面铝型材挤压模具结构设计提供有效指导。

关键词：列车车体 106XC型材数值模拟结构优化

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高速列车车体气动载荷疲劳强度试验装置研究

中南大学学报（自然科学版） 2014年第8期45卷 2885-2890页

作者：王前选梁习锋刘堂红张洁中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 轨道交通安全协同创新中心湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

研制车体交变气动载荷试验装置,利用该装置对新造车体进行疲劳强度试验,讨论车体交变气动载荷疲劳试验加载方法、压力、压力波形与周期、加载次数等参数,并完成车体交变气动载荷疲劳试验装置方案及数据采集系统方案设计;将合武铁路现场... 详细信息

研制车体交变气动载荷试验装置,利用该装置对新造车体进行疲劳强度试验,讨论车体交变气动载荷疲劳试验加载方法、压力、压力波形与周期、加载次数等参数,并完成车体交变气动载荷疲劳试验装置方案及数据采集系统方案设计;将合武铁路现场测得的CRH2型动车组以250 km/h速度过隧道时车内外压力差曲线与该试验装置测得的压力曲线进行比较。研究结果表明:车内外压力差曲线与该试验装置测得的压力曲线基本吻合,该试验装置可真实模拟列车高速通过隧道时车体承受的交变气动载荷,为研究新造高速列车车体在交变气动载荷作用下的疲劳强度特性提供了重要的试验手段,建议我国新造车体按其实际运行过程中承受的交变气动载荷加载进行疲劳强度试验。

关键词：试验装置列车车体气动载荷疲劳强度

高速列车车体服役状态残余应力超声波法无损测量及验证

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焊接学报 2009年第4期30卷 81-83页

作者：路浩刘雪松孟立春马子奇方洪渊哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001 南车四方机车车辆股份有限公司青岛266000

焊接残余应力影响焊接结构可靠性.传统残余应力测量方法无法满足焊接结构服役状态下的应力测量,无法实现薄壁结构的应力测量.使用改进的超声波法焊接残余应力测量系统,对壁厚3.5 mm的薄壁高速列车车体残余应力实现了无损测量,测量过程... 详细信息

焊接残余应力影响焊接结构可靠性.传统残余应力测量方法无法满足焊接结构服役状态下的应力测量,无法实现薄壁结构的应力测量.使用改进的超声波法焊接残余应力测量系统,对壁厚3.5 mm的薄壁高速列车车体残余应力实现了无损测量,测量过程实时无损快速.测量结果与有限元模拟和激光全息小孔法测量结果对比,超声波法测量结果可靠,且对试验结果进行了讨论分析.建立的超声波法应力无损测量系统为焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.

关键词：超声波法薄壁结构残余应力列车车体无损快速

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列车车体结构一阶垂向振动参数研究

机械科学与技术 2016年第8期35卷 1259-1266页

作者：王长科阳光武朱涛于金朋西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 唐山轨道客车有限责任公司河北唐山064000

基于欧拉-伯努利梁理论,建立了等效车体结构垂向参数的计算参数化模型。为了更精确地计算出车体结构的一阶垂向振动弯曲频率,根据车体截面的不同,将其分成若干段,获取分段的截面信息;基于分段的不平均程度推导出了具有收敛系数的车体一... 详细信息

基于欧拉-伯努利梁理论,建立了等效车体结构垂向参数的计算参数化模型。为了更精确地计算出车体结构的一阶垂向振动弯曲频率,根据车体截面的不同,将其分成若干段,获取分段的截面信息;基于分段的不平均程度推导出了具有收敛系数的车体一阶垂向弯曲频率修正公式,大大提高了车体的一阶垂向振动弯曲频率解析计算精度。分别以某型地铁车和高速列车车体结构的一阶垂向振动弯曲频率计算为例,对公式的关键参数进行了分析与应用,计算结果表明:公式解析解与有限元解之间的误差分布为2.05%和4.59%,且高速车与其模态实验结果相差1.18 Hz,证明了车体一阶垂向振动弯曲频率修正公式的有效性。

关键词：欧拉-伯努利梁列车车体垂向弯曲频率解析算法

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列车车体扭转振动灵敏度分析

机械设计与制造 2017年第10期 81-84页

作者：王长科阳光武朱涛西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

首先介绍了灵敏度分析的基本原理,然后基于一维波动方程,导出了标准梁的扭转振动频率方程,结合列车车体中空薄壁型腔截面的特点,根据不同位置的截面特性,将车体分成多段等截面梁,以获取不同车体分段的截面信息。运用刚度串联原理,引入... 详细信息

首先介绍了灵敏度分析的基本原理,然后基于一维波动方程,导出了标准梁的扭转振动频率方程,结合列车车体中空薄壁型腔截面的特点,根据不同位置的截面特性,将车体分成多段等截面梁,以获取不同车体分段的截面信息。运用刚度串联原理,引入与车体结构特征密切相关的修正系数,得到车体的一阶扭转振动频率方程。以某型高速列车为例,公式的解析计算结果与有限元结果的误差为-2.036%,在工程误差要求范围内。最后,以该解析公式为依据,选取了车体的8组设计参数对车体进行了灵敏度分析,并得到了对车体扭转振动频率影响较大的4组设计参数,为列车车体设计相关工作提供了设计参考依据。

关键词：灵敏度波动方程扭转振动刚度串联列车车体设计参数

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列车车体设计与装配连接技术研究

列车车体设计与装配连接技术研究

作者：张向文西南交通大学

学位级别：硕士

骨架类产品的零部件数目多,且结构复杂。列车车体属于典型的骨架类产品,若采用传统的设计模式来设计列车车体,设计效率低下,本文提出采用基于重用设计的构件设计方法来实现列车车体的快速设计。由于列车车体设计过程中包含了大量装配连... 详细信息

骨架类产品的零部件数目多,且结构复杂。列车车体属于典型的骨架类产品,若采用传统的设计模式来设计列车车体,设计效率低下,本文提出采用基于重用设计的构件设计方法来实现列车车体的快速设计。由于列车车体设计过程中包含了大量装配连接位置点的设计,且现有的产品设计工具没有提供快速设计装配位置点的功能,本文提出研究骨架类产品的装配连接位置点的快速布置算法,并开发装配连接位置点的快速设计系统。本文主要研究了如下内容： (1)先定义了骨架类产品的构件概念,并描述了构件的属性组成。基于几何形状对零件特征进行分类,然后探讨基于CATIA历史特征树的辅助特征的简化处理过程。分析零件的名称语义,并建立属性矩阵和装配位置关系矩阵,提出了一种考虑零件名称语义、属性矩阵、装配位置关系矩阵和辅助特征简化的构件分类方法。在构件分类后,研究了构件几何属性的提取方法。本文描述了构件powercopy模板的创建过程,并分析了构件实例化与快速设计实现间的关系。 (2)基于25型客车车体的主要结构,采用构件分类方法对车体的主要零部件进行分类,并建立车体构件。本文分析了自顶向下设计方法的特点及其应用在车体设计中的重要性,结合自顶向下设计方法与构件的定位定形特征建立了车体骨架特征数学模型,并提取车体的骨架特征,结合CATIA知识工程对车体骨架模型进行了设计。最后基于车体构件重用完成车体主要零部件的详细设计。 (3)结合骨架类产品的装配环境定义了几种常见的约束,并按照装配工艺要求,提出影响域、边距、间距和排距的定义规则。研究在装配环境下无约束时和存在单约束时的装配连接位置点的布置算法,基于上述研究提出多约束时的装配连接位置点的优化布置算法。最后建立装配连接位置点均匀性的评判方法。 (4)以CAA为二次开发工具,设计并开发装配连接位置点的快速设计系统。系统主要包括装配环境识别、主零件识别、曲线偏移、连接位置点生成和连接位置点编辑五大功能模块。应用开发的系统对列车车体的装配位置连接点进行设计,验证了系统的可行性及实用价值。

关键词：骨架类产品构件快速设计列车车体装配连接

内置开孔隔墙高速铁路隧道列车车体压力波动特征

同方学位论文库评论

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科学技术与工程 2019年第34期19卷 355-360页

作者：史宪明吴剑梅元贵贾永兴中铁西南科学研究院有限公司成都611731 兰州交通大学机电工程学院兰州730070

为研究内置开孔隔墙隧道内列车车体压力波动特征,基于有限体积方法的流体力学计算软件建立了非定常可压缩三维流动模型,对内置开孔隔墙高速铁路隧道内列车车体压力进行了计算分析。结果表明:隧道内置开孔隔墙后:①车体压力波形基本与无... 详细信息

为研究内置开孔隔墙隧道内列车车体压力波动特征,基于有限体积方法的流体力学计算软件建立了非定常可压缩三维流动模型,对内置开孔隔墙高速铁路隧道内列车车体压力进行了计算分析。结果表明:隧道内置开孔隔墙后:①车体压力波形基本与无隔墙时一致,但波动程度加剧且出现有规律的周期振荡;②隔墙开孔间距和开孔面积对车体压力波的影响明显;③车体压力波幅值与车速成正相关关系,但其振荡周期与车速成反比;④相对于单车,列车对向运行时车体压力波明显增大,但两者的差值随着开孔间距的增大、开孔面积的减小和隧道长度的增加而减小。

关键词：高速铁路隧道开孔隔墙列车车体压力波动