基于ANSYS的TC车车身结构有限元建模VIP免费

http://www.paper.edu.cn-1-基于ANSYS的TC车车身结构有限元建模宋謌，宋玉晶中南大学交通运输工程学院，长沙（410075）E-mail:diana0971@sohu.com摘要：建立TC车的有限元模型是对TC车进行模态分析和谐振分析的基础，也是建立声场计算模型的必要环节。模型的精确与否，直接关系到计算结果的准确性和可靠性。本文详细地阐明了TC车有限元模型的建模思想及过程。关键词：TC车；车身；ANSYS；有限元；建模中图分类号：U270.321.TC车车身结构有限元建模时的处理技巧1.1有限元模型材料参数及梁结构的处理普通TC车车体由底架、侧墙、端墙、车顶和司机室等部分组成，如图1所示。侧墙、端墙、车顶上分别有加强筋、梁[1]。由于用有限元进行模态分析得到的是整个结构的各阶固有频率和振型，因此结构上的一些细节问题可以忽略[2][3]。图1TC车车体结构总图Fig1StructuralsketchmapofTClocomotivebody建模时先确定TC车侧墙、端墙、车顶、车底上的筋和梁，也就是TC车的骨架[4]。在ANSYS中建模时，建立TC车的骨架时采用梁单元。对于车底架，在靠近车体头部，距车体中心线7805mm、7210mm处的两根横向梁，及外侧纵向梁(见图2)，在ANSYS中将其简化为图3a的形式；车体前部与距车体中心线8385mm处的横向梁间的4根纵向连接梁，简化为图3b的形式。在梁截面的简化图中，标示出了梁截面的几何型心、剪心位置[5]。图2车底前部梁的分布情况Fig2Distributionofbeamsinanteriorcar-bottomhttp://www.paper.edu.cn-2-a)b)图3车底前部梁截面Fig3Sectionofbeamsinanteriorcar-bottom车底板与转向架的连接位置为动力传递点，是仿真分析中轮轨激励载荷的施加位置。由于实际结构复杂因此需要进行适当的简化，刚度较大的部件处理为相似截面的梁。经过处理，连接处的结构为梁与板的组合结构，由钢板围成相似形状后再由内部的钢梁进行加强，与原设计图对比如图4a、b所示。内部结构的对比如图4c、d所示，箱形结构内部简化为纵向两种型号的角钢(图上标号为○1和○2)，一种型号的槽钢(图上标号为○3)各2根，横向一种型号的槽钢4根。该简化方式最大限度地保证了模型和实际结构的一致性[6]。a)平面图b)转向架仿真模型PlanofBogieBogieSimulationModelc)转向架截面图d)内部简化梁结构SectionPlanofBogieSimplifiedInternalBeamStructure图4转向架仿真模型与设计结构的对比Fig4Comparisonofbogiesimulationmodelanddesignstructurehttp://www.paper.edu.cn-3-图5车底板中部梁单元（左），梁截面平面图（右上）和梁单元局部视图Fig5Centralfloorbeamelement(Left),Planofbeamsection(Topright)&Localviewofbeamelement车底中部的15根横向梁（见图5），车底外侧靠近一、二位枕梁的4根横向梁、一位枕梁与距车体中心线8385mm处的横向梁间的2根纵向连接梁、及连接二位枕梁与车体后部的2根纵向梁简化为图6b的形式，在车体头部及尾部的2根横向梁，一、二位枕梁上靠外边的4根横向梁，简化为图6c的形式，一、二位枕梁上距中心线稍远的4根横向梁，简化为图6d的形式，一、二位枕梁上近车体中心线的4根横向梁，简化为图6e的形式，枕梁上靠外边的4根横向梁与枕梁上距中心线稍远的四根横向梁的8根连接梁，简化为图6f的形式。b)c)d)e)f)图6车底梁截面的定义Fig6Definitionofcar-bottombeamsectionhttp://www.paper.edu.cn-4-车顶梁的设计方案如图7所示，在两端和中部位置，梁的结构主要为Z型截面梁，在安装空调的位置，梁截面形状为“几”字型，没有安装空调的位置，梁单元截面形状简化为图8所示。由此建立起仿真模型的车顶如图9所示。图7车顶梁的分布情况Fig7Distributionofcar-roofbeams图8车顶梁截面的定义Fig8Definitionofcar-roofbeamsection图9仿真模型中车顶梁的情况Fig9Car-roofBeaminsimulationmodel图10所示为仿真模型中司机室车顶梁结构，以及梁截面的设计平面图和构造车顶的梁单元的对比。车顶结构中，两端和中部的结构与此相同。仿真模型中空调位置的结构，以及梁截面的设计平面图和构造车顶空调位置的梁单元的对比如图11所示。http://www.paper.edu.cn-5-图10司机室车顶梁单元（左），梁截面平面图（右上）和梁单元局部视图Fig10Cab...