货车的车体是供装载货物的部分,它的安全性是货物安全运输的保障。随着铁路货车运输向“高速、重载”的发展,对于车体结构的承载能力、外观形状和运行安全的要求也越来越高,因此CAE技术在车辆设计领域得到了广泛应用。利用CAE技术在生产之初对车体进行强度计算,动力性能分析和稳定分析,查找结构的薄弱区域从而改进结构,并在此基础上对车体侧墙焊接结构进行焊接变形的预测和控制,对于车辆结构的设计、生产和提高焊接质量有着重要的指导意义。在对车体分析技术发展研究现状综述的基础上,采用由浅入深的研究策略,以C80型专用运煤敞车为研究对象,分别从静强度分析、模态分析、稳定性分析和焊接变形预测,进行了一系列深入研究,归纳起来,本文的研究工作主要有:(1)运用I-DEAS软件建立C80型专用运煤敞车车体的几何模型和有限元模型,计算了三种工况条件下车体的当量应力和垂向弯曲刚度,结果均满足规范要求。(2)对车体的模态和稳定性进行了分析和研究。发现车体的振动模态较低,第一阶振型为整车一阶扭转,模态频率为4.586Hz。在车体的屈曲分析中,发现在2800KN的压缩载荷下,车体的侧墙板和地板发生失稳,因此在发生失稳的区域增加纵向粱,以增加整车纵向刚度,从而提高车体的稳定性。(3)运用固有应变法对车辆的焊接构件侧墙进行焊接变形的预测,在现有结构和焊接工艺条件下,薄板侧墙变形计算与实测结果一致,验证了仿真模型的正确性,从而证明固有应变法是一种快速有效预测焊接变形的方法,可以运用于车辆焊接结构变形预测和控制的研究中。(4)为了更好的控制侧墙的焊接变形,对影响焊接变形的各种结构参数和焊接参数进行了研究,主要包括:①侧柱形式对侧墙焊接变形的影响,得到帽型钢侧柱比槽型侧柱有利于减小侧墙的焊接变形;②运用正交田口试验方法,对影响焊接变形的焊接工艺参数进行正交试验设计,得到工艺参数的最优配比,结果表明在侧墙的焊接变形预测中,板厚对焊接变形结果的影响最大,薄板越厚,焊接变形量也就越小,其次是电压、焊接速度和电流。在所提供的试验水平中,取板厚5mm、电压24V、电流180A和焊接速度600mm/min时,可得到最小的焊接变形量;③在跨距分布和薄板拼接方案对变形影响的研究中,发现构件的不同刚度分配,在相同的焊接条件下,将引起不同焊接变形;不同的热量分布也会影响到最后的焊接变形。因此控制焊接变形应该综合考虑焊接热输入量的多少和热量的分布形式,以及结构刚度分布情况,刚度小的区域焊缝应稀疏一些,以减少焊接的热输入量,增加侧墙的整体刚度减少焊接变形。