一种地铁转向架的多柔体动力学建模方法研究

为更加系统真实的研究地铁转向架动力学性能,从多柔体动力学角度出发,以某B型转向架为例,建立了包含转向架、车体及轨道的多柔性动力学模型,研究了全新的非线性空气弹簧动力学模型建立方法和部件间运动耦合定义方法,使用轮轴转速驱动和轮轨接触方式进行速度加载,采用显示动力学计算方法,得到动态运行下平稳性指标和动应力并与实验进行对比,结果表明:实验与仿真结果基本一致,该建模方法准确可靠,能为转向架动力学研究提供是一种新的思路。     

自由膜式空气弹簧非线性有限元分析

对一种自由膜式空气弹簧进行非线性有限元分析,建立自由膜式空气弹簧非线性柔性体有限元动力学模型,研究其各项力学性能。橡胶气囊采用分层壳单元耦合建立,内外层橡胶采用一次多项式Mooney-Rivlin橡胶材料本构模型,内置帘线层采用帘线织布材料本构模型。利用AIRBAG模型模拟橡胶气囊气固耦合,对建立起的有限元模型进行力学仿真计算,数值计算结果对比试验表明模型精度较高。对其进行力学分析,得出橡胶气囊初始气压对空气弹簧影响较大,刚度值随气压增大呈非线性增长;帘线层层数对垂向刚度影响较小,横向刚度影响较大;辅助弹簧对空气弹簧垂向及横向刚度影响较大。所得结果为进一步进行整车动态分析及空气弹簧设计研究提供理论以及数据基础。     

基于拓扑优化的重型矿用自卸车翻车保护结构设计

翻车保护结构（roll-over protective structure,ROPS）是安装在工程车辆驾驶室中的一套被动保护装置,能在翻车事故中为驾驶人员提供有效的保护。为解决ROPS承载能力、刚度、轻量化和侧向吸能效果之间的矛盾,将基于变密度法的拓扑优化技术引入重型矿用自卸车ROPS设计中,以解决ROPS在给定设计域内的材料最优分布问题,提高ROPS侧向吸能效果和垂向、纵向的刚度,减轻自重。首先,利用OptiStruct结构优化模块对ROPS进行拓扑优化设计,以多工况组合应变能最小为优化目标,按照国际标准规定的性能要求施加载荷和约束条件。基于拓扑优化结果,对ROPS进行详细设计。然后,利用显示动力分析软件LS-DYNA对ROPS的最终设计模型进行动态加载分析。最后对优化后ROPS的性能与原ROPS的性能进行对比分析。结果表明：拓扑优化设计后的ROPS在3个工况下都没有入侵DLV（deflection-limiting volume,挠曲极限量）,满足国际标准中的承载能力要求;在侧向加载中最大能量吸收达到175 kJ,满足国际标准中的侧向能量吸收要求;相较于原ROPS,拓扑优化设计后的ROPS达到侧向能量吸收要求所需的载荷从1 324.5 kN减小到1 231 kN,加载中心点的垂向位移减小21.3%,纵向位移减小34.4%,质量减小24.1%。研究结果为重型矿用自卸车ROPS的设计提供了新方法,对后续ROPS的设计与改进有一定的指导作用。