[发明专利]高速动车组车体局部结构失稳有限元仿真装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于高速动车领域，具体涉及车体结构的设计，特别是用于车体出现凹陷后的车体安全性的结构失稳性分析。

背景技术

动车组车体结构仿真分析主要参照相关强度标准，比如日本标准JIS E7105：2006、欧洲标准EN12663：2010和200公里强度暂规，对车体结构强度、刚度进行计算分析。这些计算载荷工况无法评估车体出现凹陷后的车体安全性。所以车体评估需要进行结构失稳性分析。

发明内容

提供一种高速动车组车体局部结构失稳有限元仿真装置及其方法，通过采用有限元仿真方法，模拟车体结构完好和局部型材凹陷或凸起等缺陷状态，分析动车组结构局部失稳的临界载荷力。指导现车加工制造过程中的工装施加、调休工艺以及焊接参数的设置。采用车体结构失稳仿真分析方法可比较准确评估在加工制造过程中车体出现凹陷或凸起等缺陷状态，指导车体制造加工，避免车体制造过多材料浪费。

本发明的技术方案如下所述：

一种高速动车组车体局部结构失稳有限元仿真装置，包括三大部分，第一部分为建立车体结构有限元模型模块，第二部分为建立车体结构边界条件模块，第三部分为车体结构失稳仿真分析模块，第一部分与第二部分均与第三部分相连接，具体地：

第一部分模块，通过人机交互装置获得车体设计的形状、尺寸而进行建模，还包括建立局部凹陷区域模型模块，在车体局部建立模拟至少一个凹陷部；

第二部分模块，包括通过人机交互装置配置的建立车体边界约束模块、定义车体最大垂直载荷和压缩载荷模块、线性合成复合载荷模块、定义车体模态频率模块、定义静载荷工况模块、定义线性屈曲分析工况模块，其中：建立车体边界约束模块，在车体选取至少一个位置对于其自由度进行约束限制；定义车体最大垂直载荷和压缩载荷模块，在车体水平平面上平面施加均布载荷，该均布载荷为车体承受的最大垂直载荷；在车体的至少一个位置上建立纵向的压缩载荷；线性合成复合载荷模块，接收定义车体最大垂直载荷和压缩载荷模块的数据，线性合成该最大垂直载荷和压缩载荷；定义车体模态频率模块，设定车体模态频率的范围值备用，提供给第三部分模块；定义静载荷工况模块，对于车体的静载荷进行设置备用；定义线性屈曲分析工况模块，连接定义静载荷工况模块、定义车体模态频率模块，获得静载荷、模态频率数据；

第三部分模块，获得第一部分、第二部分模块的数据后，进行车体结构失稳仿真分析，包括依次连接的计算临界屈曲系数模块、提取临界失稳载荷力模块、比较分析车体结构强度载荷力与临界失稳载荷力模块，计算临界屈曲系数模块，输出该凹陷部的临界屈曲系数给提取临界失稳载荷力模块；提取临界失稳载荷力模块，得出该凹陷部处结构能够施加的最大载荷，即得出车体局部结构失稳时的临界失稳载荷力，输出备用；比较分析车体结构强度载荷力与临界失稳载荷力模块，获得车体局部结构失稳时的临界失稳载荷力，经过车体结构强度分析后提取后该凹陷部处部位的载荷力，比较两值大小，如果根据车体结构强度得出的载荷力小于临界失稳载荷力，那么判定这种车体结构在运行时是可靠的，如果大于临界失稳载荷力，那么这种车体结构就需要做进一步补强方案以提高缺陷部位的刚度。

进一步地，所述的第一部分模块包括设置车体材料参数模块、设置车体各部件板厚参数模块、建立整车车体有限元模型模块、建立局部凹陷区域模型模块，其中设置车体材料参数模块获得车体采用的材料参数；设置车体各部件板厚参数模块，根据车体设计图纸资料，获得车体各部件结构的板厚的属性赋值；建立整车车体有限元模型模块，根据图纸中的车体结构建立车体有限元模型，车体结构用四边形板单元，局部用三角形板单元进行模拟，获得车体结构二维模型；建立局部凹陷区域模型模块，在整车车体有限元模型中，建立局部区域的凹陷模型，设置凹陷部1尺寸。

进一步地，所述的第三部分模块中，还包括判定该凹陷部所在部分车体结构可靠模块、判定该凹陷部所在部分需要补强模块，比较分析车体结构强度载荷力与临界失稳载荷力模块根据数据分析结果，如果临界屈曲系数大于等于1则与判定该凹陷部所在部分车体结构可靠模块连接，或如果临界屈曲系数小于1则与判定该凹陷部所在部分需要补强模块连接。

进一步地，所述的建立车体边界约束模块中，在车体四个空簧2上约束其三个方向的平动自由度。

进一步地，所述的压缩载荷设置为：在车钩安装座处施加车体纵向载荷；所述的最大垂直载荷设置为：在车体地板上平面施加均布载荷。