100%低地板钢铝混合铆接车体强度可视化研究

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本文结合国内外低地板车辆的发展和铁道车辆疲劳强度评估方法的最新进展,针对钢铝混合铆接结构车体铆钉连接的有限元建模方法、基于DVS1608和DVS1612标准评定车体结构疲劳强度的工程方法以及疲劳强度可视化等内容进行研究。  近年来,为实现低地板车辆在满足车体结构强度要求的前提下尽可能轻量化的目标,部分低地板车辆车体结构采用了钢铝混合拉铆钉连接的方式。铆钉连接克服了焊接技术的局限性,但由于建立铆接结构实体有限元模型过程繁琐,分析效率较低,给车辆产品设计阶段的有限元仿真计算带来了困难。为不断缩短车辆产品的设计周期,在满足计算精度的前提下,提出并验证了采用壳单元离散铆接板,MPC184刚性梁单元模拟铆钉杆,在此基础上,分别采用壳单元、CERIG刚性单元以及MPC接触单元绑定算法模拟铆钉杆与铆接板之间的连接关系,建立铆接结构简化有限元模型的三种方法。提出综合使用简化模型与子模型技术对大型铆接结构进行强度评估的工程方法。  对目前广泛应用的几种评定钢结构和铝合金材料疲劳强度的标准进行对比介绍,重点分析了DVS1608、DVS1612标准的内容及其应用流程。应用FORTRAN语言实现了DVS1608、DVS1612标准名义应力法结构疲劳强度评估的程序化。  对ANSYS14.5版本RST文件的数据内容及其储存格式进行详细分析,在此基础上,运用 FORTRAN 语言和 OpenMP 并行编程技术对 RST 文件进行读写。详细分析了SOLID185、SOLID186、SOLID187和SHELL181单元的节点构成及其单元解的储存形式。在准确读取单元解的基础上,应用应力张量坐标变换公式和均分法求解出笛卡尔坐标系下节点的应力分量解。基于焊缝节点文件,编写FORTRAN子程序,自动识别焊缝方向、焊缝质量等级以及求解与焊缝方向相关的名义正应力和名义剪应力。引入材料利用度的概念,基于第四强度理论评定结构静强度,基于DVS1608和DVS1612标准评定结构疲劳强度。运用VC++与FORTRAN的混合编程技术编制交互友好、运算高效的钢铝混合车体强度计算以及可视化系统,将静强度和疲劳强度材料利用度写入RST文件,利用ANSYS14.5软件的后处理功能实现结构强度的可视化。  基于HyperMesh软件平台,建立某100%低地板钢铝混合铆接结构车体整车有限元模型。根据EN 12663-1和VDV 152标准,确定整车模型疲劳强度计算载荷工况和载荷工况值,运用ANSYS14.5软件完成有限元模型载荷工况的计算。以计算得到的RST文件为基础实现车体结构疲劳强度计算结果的可视化。
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