基于ANSYSWorkbenh的磁浮列车悬浮架结构计算明书.docVIP

基于ANSYS Workbench的磁浮车 悬浮架结构 计算说明书 目 录 目 录 2 1 概述 1 2 新型磁浮列车悬浮架主要参数 1 2.1 主要设计参数 1 2.2 主要验算项目、方法和目的 2 3 有限元建模与分析 2 3.1 有限元模型 2 3.2 工况及计算载荷 4 3.3 载荷和约束的施加 4 4 计算结果与分析 5 4.1 静刚度分析 5 4.2 强度分析 7 5 结论 8 6 参考书目 9 概述 中低速磁悬浮列车是居于国内领先地位的实际工程项目，对其关键结构进行结构强度计算分析是必须开展的工作。磁悬浮列车悬浮架就是磁悬浮列车上非常重要的部件之一。由于磁浮列车是悬浮运行的，其对整个结构的重量就有严格的要求，因此对于磁悬浮列车转向架在满足强度要求的前提下，还必须尽量减轻其自身的重量。为解决强度要求和重量要求这一对矛盾，因此必须对悬浮架进行结构强度的计算分析，从而合理确定转向架的结构，对局部结构提出改进意见。 磁浮列车的工作原理是：列车依靠电磁铁产生的电磁力悬浮在轨道上面，实现无接触运行和导向。列车垂直悬浮距离约8毫米，控制单元通过检测列车与轨道的相对距离，通过一套闭环控制系统，调整电磁力大小，使列车保持稳定的悬浮距离。磁浮列车悬浮时对悬浮间隙有着严格的要求，因此悬浮架的变形将对悬浮间隙产生较大影响。当悬浮架刚度不够时会产生较大变形，导致控制单元检测到的相对位置信号不断变化，控制单元需要不断改变电流，对电磁力的大小进行调整，从而引起列车的振动。这里用ANSYS Workbench软件对悬浮架进行计算，获得了悬浮架在不同工况下的应力和变形数据，检验其是否满足要求。 本文研究的是一种新型悬浮导向牵引集成系统，磁悬浮列车悬浮架总成由两个转向架模块组成。转向架模块由托臂、支腿、上纵梁和下纵梁组成。托臂和支腿均采用ZL101A铝合金，下纵梁采用6061（T6）铝合金，上纵梁采用Q235A碳钢，焊接而成。电磁铁总成安装在下纵梁上，托臂通过空气弹簧与车体连接。 新型磁浮列车悬浮架主要参数 主要设计参数 新型悬浮导向列车悬浮架总成主要参数如图2.1-1所示： 图2.1-1 新型悬浮导向列车悬浮架总成主要参数 主要验算项目、方法和目的 1）悬浮架刚度 依据新型悬浮导向列车悬浮架总成图纸，利用Solidworks构建新型悬浮导向牵引集成系统悬浮架三维模型，然后利用ANSYS Workbench无缝对接技术导入到AWB中进行有限元分析，通过分析验算轨道结构的刚度。 2）悬浮架强度 依据新型悬浮导向列车悬浮架总成图纸，利用Solidworks构建新型悬浮导向牵引集成系统悬浮架三维模型，然后利用ANSYS Workbench无缝对接技术导入到AWB中进行有限元分析，通过分析验算轨道结构的强度。 有限元建模与分析 有限元模型 有限元建模的原则是既准确仿真结构的力学特性，又尽可能使模型简单。在建立轨道模型时，严格遵守准确和简单的原则对实际结构进行简化，模型的主要尺寸和实际结构相同，但简化了部分工艺结构和电气安装结构。 由于悬浮架总成左右对称，所以去模型的一半进行建模，建模时忽略各个部件的联接的螺栓，以及对整体结构影响不大的紧急滑撬装置、支撑轮装置、传感器装置以及牵引座，采用Solidworks 实体建模如图3.1-1所示，然后采用ANSYS Workbench无缝对接技术导入到AWB中进行有限元分析，导入到AWB中的模型如图3.1-2，划分网格后其有限元模型如图3.1-3所示。 图3.1-1 新型悬浮导向列车悬浮架Solidworks模型 图3.1-2 导入到AWB后的悬浮架模型 图3.1-3 AWB网格划分后的悬浮架有限元模型 工况及计算载荷 由于目前尚没有关于磁悬浮列车转向架的计算规范，因此通过分析磁悬浮列车的实际工作情况，并参考其它有轨车辆转向架的计算方法，确定了磁悬浮列车转向架强度计算的各个工况。 工况一：列车处于悬浮状态，悬浮架所受载荷有悬浮架自重以及承受车体重量（车体总重，由于是三转向架联接而成，并且模型只是整体转向架的一半，所以车体重量为，为简化计算，估计为）。 工况二：列车处于刹车状态, 悬浮架所受载荷有悬浮架自重以及空气弹簧上自重。 工况二：列车处于停车状态, 悬浮架所受载荷有悬浮架自重以及空气弹簧上自重。 载荷和约束的施加 对于工况一，载荷加载在托臂的空气弹簧坑里，对下纵梁的上表面进行全约束，如图3.3-1所示；对于工况二，载荷加载在托臂的空气弹簧坑里，对托臂的与紧急滑撬的安装底面进行全约束，如图3.3-2所示；对于工况三，载荷加载在托臂的空气弹簧坑里，对托臂的与支撑轮面的安装面进行全约束，如图3.3-3所示。 图3.3- 1 工况一载荷和约束的施加 图3.3- 2 工况二载荷和约束的施加 图3.3-