[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

摘要

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，通过采用线性屈曲分析及有限元仿真方法，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，避免浪费和安全隐患。本发明采用人机交互装置，首先依据车体图纸建模，在车体局部建立模拟凹陷部；建立车体的边界约束，线性合成车体最大垂直载荷和压缩载荷，定义车体模态频率，建立静载荷和线性屈曲分析工况，然后进行车体结构失稳仿真分析，计算临界屈曲系数，得出能够施加的最大载荷；如果临界屈曲系数大于等于1则判定该部分可靠；如果临界屈曲系数小于1则判定该部分需要补强。

主权项

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，那么这种车体结构在运行是可靠的，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。