示连接处附近区域的应力分布状况，又可以减小后续的计算量和误差。物理性质的参数通常包括材料参数、单元类型、实常数等。材料参数包括几何模型的材料的密度、弹性模量、泊松比等参数。单元类型包括实体单元、壳单元等。例如:骨架的各个元件采用壳单元模拟，焊接、铆接采用刚性单元模拟；门组件采用质量点简化模拟；安装器件采用实体单元模拟。实常数包括壳单元的厚度、横梁或立柱的截面等。
[0030]S40:将进行完几何清理和网格划分的每组待处理模型拼接起来，重新组装成车载柜体。
[0031]将骨架的各部分的分割处的节点对应地进行合并，以将骨架的多个部分重新组合成完整的骨架。在各个安装器件与骨架之间的连接处创建螺栓，以将安装器件与骨架相互连接成车载柜体。螺栓采用刚性单元模拟。
[0032]S50:在重新组合的车载柜体上设置边界条件，根据预设的工况设置载荷，以建立车载柜体有限元分析模型，然后对该车载柜体有限元模型进行求解。
[0033]对车载柜体设置边界条件以消除刚体位移。边界条件包括约束和温度边界条件等。对螺栓施加轴向和径向的约束，对螺栓施加预紧力。约束螺栓孔的周边或周壁的六个自由度。车载柜体与车体相结合的面不能有位移，设置纵向和横向的零位移约束。根据所要计算的工况来设置载荷，载荷包括施加在车载柜体上的加速度、力、力矩等。设置各个部分的质量(自重)。
[0034]求解有限元分析模型包括对有限元模型进行静力分析、模态分析、瞬态动力学分析、随机振动疲劳分析。
[0035]在进行静力分析时，根据《铁道车辆强度设计及实验鉴定规范(TB/T1335-1996)》，将载荷设为纵向3g，横向lg，垂向3g (包括重力)，其中g为重力加速度，计算所产生的三个方向的合成应力。判断车载柜体各处的合成应力是否大于其材料的屈服极限。要求车载柜体的各处合成应力不应该大于其材料的屈服极限。可以通过计算结果来调整车载柜体的材料和/或结构使得车载柜体各处的合成应力小于其材料的屈服极限。
[0036]模态分析中米用的约束和载荷与静力分析中米用的约束和载荷一致。与模态分析用来计算车载柜体固有频率并确定对应的振动形式。车载柜体的振动可以表达为各阶固有振型的线性组合，其振动能量主要集中在低阶振动，通常为前六阶振动。通过模态分析可以获得结构固有频率和振型，可以使车载柜体的设计有效地避开结构的共振频率。
[0037]在瞬态动力学分析时，根据《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验(GB/T21563-2008)》规定的冲击试验的半正弦脉冲曲线来设置载荷，然后计算车载柜体在瞬态载荷下的应力分布。判断车载柜体各处的合成应力是否大于其材料的屈服极限。要求车载柜体的各处合成应力不应该大于其材料的屈服极限。可以通过计算结果来调整车载柜体的材料和/或结构使得车载柜体各处的合成应力小于其材料的屈服极限。
[0038]在随机振动疲劳分析中，根据《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验(GB/T21563-2008)》规定的ASD频谱来设置载荷，计算出三个方向的1应力分布，然后按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法计算出车载柜体的总体损伤。根据计算出的车载柜体的总体损伤可以指导车载柜体的材料和/或结构的调整，使得车载柜体的总体损伤应小于I。
[0039]在本实施例中，由于先将车载柜体的物理模型先拆分成骨架和安装器件，再将骨架拆分成多个部分，然后对骨架的每一部分和安装器件分别进行几何清理和网格划分，最后进行车载柜体的组装。将骨架的每一部分和安装器件分别进行几何清理和网格划分可以极大减小该步骤对计算机资源的占用，减小了技术人员在众多元件中划分网格的难度，大大提高了车载柜体有限元分析的效率。同时，由于车载柜体的物理模型被拆分成多个部分，可以让多个技术人员同时进行网格划分来缩短网格划分的时间。
[0040]在一个优选的实施例中，将车载柜体的物理模型按螺栓连接划分成骨架和安装器件，骨架和安装器件分别由两人进行有限元建模。前处理部分需5.8个工作日，完成该车载柜体的有限元分析共需6.8个工作日。而按照现有技术来完成该车载柜体的有限元分析需花费10个工作日，其中前处理部分模型组织和装配I个工作日、建模8个工作日，求解计算及后处理I个工作日。由此，效率提升32%。
[0041]虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【主权项】
1.一种对车载柜体进行有限元分析的方法，包括: 将在车载柜体的物理模型中采用螺栓相互连接的骨架和安装器件分割开来； 对骨架和安装器件分别进行几何清理和网格划分； 将骨架和安装器件拼接起来以重新组装成车载柜体； 设置边界条件和载荷以建立有限元分析模型，求解所述有限元分析模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在车载柜体的物理模型中分割出骨架后，还将所述骨架分割成多个部分， 然后对骨架的各个部分分别进行几何清理和网格划分。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在对骨架进行分割时，骨架上的分割面不经过各个连接处。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在骨架上的分割面不经过以铆钉的轴线为轴线、直径为两倍于铆钉直径且贯穿骨架的圆柱区域。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在骨架上的分割面不经过以螺钉的轴线为轴线、直径为两倍于螺钉直径且贯穿骨架的圆柱区域。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，骨架的其中一个连接处采用分段焊接，所述分割面从其中相邻两段焊缝之间的缝隙穿过。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分割面从所述缝隙的中部穿过。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，网格划分后，靠近各个连接处附近区域的网格密度大于远离连接处区域的网格密度。9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，重新组装成车载柜体时，在骨架和安装器件的连接处创建螺栓。10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，求解有限元分析模型包括对有限兀分析模进行静力分析、模态分析、瞬态动力学分析和/或随机振动疲劳分析。
【专利摘要】本发明涉及一种对车载柜体进行有限元分析的方法，其包括：将在车载柜体的物理模型中采用螺栓相互连接的骨架和安装器件分割开来；对骨架和安装器件分别进行几何清理和网格划分；将骨架和安装器件拼接起来以重新组装成车载柜体；设置边界条件和载荷以建立有限元分析模型，求解有限元分析模型。将骨架和安装器件分别进行几何清理和网格划分可以极大减小该步骤对计算机资源的占用，减小了技术人员在众多元件中划分网格的难度，大大提高了车载柜体有限元分析的效率。同时，由于车载柜体的物理模型被拆分成多个部分，可以让多个技术人员同时进行网格划分来缩短网格划分的时间。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105183976
【申请号】CN201510556270
【发明人】张陈林, 丁杰, 王坚, 李江红, 肖磊, 胡昌发, 朱明杰, 曾云峰
【申请人】南车株洲电力机车研究所有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月2日