一种轨道列车车体强度仿真方法及装置与流程

本发明涉及车体强度仿真技术领域，尤其涉及一种轨道列车车体强度仿真方法及装置。

背景技术：

轨道列车车体强度直接影响行车安全。轨道列车车体有限元模型仿真是设计阶段设计方案验证的重要手段。准确的轨道列车车体有限元模型能够对设计方案进行危险性预测。同时，准确的仿真结果可用于进行轨道列车车体的减重优化，提升轨道列车车体结构设计的经济性指标。

然而，目前轨道列车车体使用线性建模方法，很难准确预测车体的变形和应力水平，仿真精度低。

因此，如何搭建非线性模型以提高仿真精度成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种轨道列车车体强度仿真方法，用以解决如何搭建仿真精度高的非线性模型这一技术问题。

第一方面，本发明实施例提供一种轨道列车车体强度仿真方法，包括：

基于轨道列车车体几何模型，建立轨道列车车体基础模型；

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系，建立非线性全接触模型；

对所述非线性全接触模型施加约束和载荷后进行强度仿真。

可选地，所述对所述非线性全接触模型施加约束和载荷后进行强度仿真，包括：

计算施加约束和载荷后的非线性全接触模型的应力变化，得到轨道列车车体的应力结果；

根据所述应力结果，确定所述轨道列车车体的强度是否满足预设强度要求。

可选地，所述根据所述应力结果，确定所述轨道列车车体的强度是否满足预设强度要求，包括：

当所述应力结果大于材料的屈服强度时，确定所述轨道列车车体的强度满足所述预设强度要求；

当所述应力结果小于或等于所述材料的屈服强度时，确定所述轨道列车车体的强度不满足所述预设强度要求。

可选地，所述根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系，建立非线性全接触模型，具体包括：

对所述轨道列车车体基础模型的空簧支座、车钩、防爬器中的至少一项施加边界条件；

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系及施加的所述边界条件，建立所述非线性全接触模型。

可选地，所述根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系及施加的所述边界条件，建立所述非线性全接触模型，具体包括：

根据焊接图建立所述轨道列车车体基础模型的焊点单元和焊缝单元；

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件及所述焊点单元和焊缝单元，建立所述非线性全接触模型。

可选地，所述根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件及所述焊点单元和焊缝单元，建立所述非线性全接触模型，具体包括：

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件、所述焊点单元和焊缝单元及所述轨道列车车体基础模型的参数，建立所述非线性全接触模型。

可选地，所述轨道列车车体基础模型的参数包括板壳单元、焊点单元和焊缝单元的材料属性和厚度以及载荷、工况、求解软件类型和计算结果存储位置。

第二方面，本发明实施例提供一种轨道列车车体强度仿真装置，包括：基础模型建立模块、非线性全接触模型建立模块和强度仿真模块；

所述基础模型建立模块，用于基于轨道列车车体几何模型，建立轨道列车车体基础模型；

所述非线性全接触模型建立模块，用于根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系，建立所述非线性全接触模型；

所述强度仿真模块，用于对所述非线性全接触模型施加约束和载荷后进行强度仿真。

可选地，所述强度仿真模块，具体用于：计算施加约束和载荷后的非线性全接触模型的应力变化，得到轨道列车车体的应力结果；根据所述应力结果，确定所述轨道列车车体的强度是否满足预设强度要求。

可选地，所述根据所述应力结果，确定所述轨道列车车体的强度是否满足预设强度要求，包括：

当所述应力结果大于材料的屈服强度时，确定所述轨道列车车体的强度满足所述预设强度要求；

当所述应力结果小于或等于所述材料的屈服强度时，确定所述轨道列车车体的强度不满足所述预设强度要求。

可选地，所述非线性全接触模型建立模块，具体用于：

对所述轨道列车车体基础模型的空簧支座、车钩、防爬器中的至少一项施加边界条件；

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系及施加的所述边界条件，建立所述非线性全接触模型。

可选地，所述非线性全接触模型建立模块，还具体用于：

根据焊接图建立所述轨道列车车体基础模型的焊点单元和焊缝单元；

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件及所述焊点单元和焊缝单元，建立所述非线性全接触模型。

可选地，所述非线性全接触模型建立模块，还具体用于：

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件、所述焊点单元和焊缝单元及所述轨道列车车体基础模型的参数，建立所述非线性全接触模型。

可选地，所述轨道列车车体基础模型的参数包括板壳单元、焊点单元和焊缝单元的材料属性和厚度以及载荷、工况、求解软件类型和计算结果存储位置。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述方法。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明实施例根据车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系，建立非线性全接触模型，用于轨道列车车体强度仿真，模拟轨道列车车体各部件之间的接触关系和摩擦关系，完全模拟车体在施加约束和载荷后的内力传导过程，从而提高了仿真计算的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明一实施例提供的一种轨道列车车体强度仿真方法的流程示意图；

图2示出了本发明一实施例提供的一种轨道列车车体强度仿真装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的电子设备的逻辑框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

轨道列车车体采用薄壁筒形整体承载结构，中间车主要由底架、侧墙、车顶和端墙焊接而成。底架采用无中梁结构，由牵引梁、枕梁、缓冲梁、边梁、横梁、波纹地板等组成。车顶主要包括边梁、弯梁、波纹顶板、外罩板等组成。侧墙主要由侧墙上边梁、侧墙外板、门立柱、窗立柱、横梁和连接板等组成。端墙主要由端角柱、端弯梁、门立柱、横梁、外端板等组成。

现有技术中，常规的车体结构有限元模型为线性结构，忽略了各个结构件之间的接触关系。仿真时各个结构件之间的穿透对仿真计算精度影响较大。因此，本发明在充分考虑各个结构件之间的接触传力，完全模拟车体实际传力方式的情况下，建立了非线性全接触模型，提高了车体强度仿真计算精度。

以下是对一种轨道列车车体强度仿真方法的详细说明。

图1为本发明一实施例提供的一种轨道列车车体强度仿真方法的流程示意图，包括：

s11，基于轨道列车车体几何模型，建立轨道列车车体基础模型。

其中，所述轨道列车车体几何模型是由设计人员设计的模型。

对所述轨道列车车体几何模型进行中面抽取，得到面模型。需要说明的是，若面与面之间连接不好，则需要对所述面模型进行修改优化，并且删除所述面模型中的小的圆角和小孔。然后，基于所述面模型进行网格划分，得到所述轨道列车车体基础模型。

s12，根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系，建立非线性全接触模型。

其中，所述接触关系指的是结构件之间的绑定关系和/或滑动关系；需要说明的是，所述滑动关系包括带摩擦滑动和不带摩擦滑动。

所述摩擦关系指的是结构件之间的摩擦系数。

所述轨道列车车体基础模型各个结构件之间存在所述接触关系和所述摩擦关系。与传统的接触建模方法不同，本发明实施例无需构建接触单元，可直接模拟各个结构件之间的所述接触关系和所述摩擦关系。基于所述轨道列车车体基础模型各个结构件之间的所述接触关系和所述摩擦关系建立所述非线性全接触模型。也就是说，所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系是建立所述非线性全接触模型的依据。建立的非线性全接触模型可以兼顾各个结构件之间的所述接触关系和所述摩擦关系，能更好地模拟实验。

s13，对所述非线性全接触模型施加约束和载荷后进行强度仿真。

其中，在本发明实施例中，进行强度仿真之前，先对所述非线性全接触模型施加约束和载荷。然后对轨道列车车体进行强度仿真。

本发明实施例根据车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系，建立非线性全接触模型，用于轨道列车车体强度仿真，模拟轨道列车车体各部件之间的接触关系，完全模拟车体在施加约束和载荷后的内力传导过程，从而提高了仿真计算的精度。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述对所述非线性全接触模型施加约束和载荷后进行强度仿真，包括：

计算施加约束和载荷后的非线性全接触模型的应力变化，得到轨道列车车体的应力结果；

根据所述应力结果，确定所述轨道列车车体的强度是否满足预设强度要求。

在本发明实施例中，对所述非线性全接触模型施加约束和载荷后进行强度仿真。具体而言，首先，计算施加约束和载荷后的非线性全接触模型的应力变化，得到所述轨道列车车体的应力结果；然后，根据所述应力结果，确定所述轨道列车车体的强度是否满足预设强度要求。

其中，所述预设强度要求是大于材料的屈服强度。

本发明实施例计算施加约束和载荷后的非线性全接触模型的应力变化，完全模拟车体在施加约束和载荷后的内力传导过程，从而提高了仿真计算的精度。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述根据所述应力结果，确定所述轨道列车车体的强度是否满足预设强度要求，包括：

当所述应力结果大于材料的屈服强度时，确定所述轨道列车车体的强度满足所述预设强度要求；

当所述应力结果小于或等于所述材料的屈服强度时，确定所述轨道列车车体的强度不满足所述预设强度要求。

在本发明实施例中，通过比较所述应力结果和所述材料的屈服强度的大小，确定所述轨道列车车体的强度是否满足所述预设强度要求。具体而言，当所述应力结果大于材料的屈服强度时，确定所述轨道列车车体的强度满足所述预设强度要求；当所述应力结果小于或等于所述材料的屈服强度时，确定所述轨道列车车体的强度不满足所述预设强度要求。

本发明实施例通过比较所述应力结果和所述材料的屈服强度的大小，确定所述轨道列车车体的强度是否满足所述预设强度要求，以用于行车安全判断。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系，建立非线性全接触模型，具体包括：

对所述轨道列车车体基础模型的空簧支座、车钩、防爬器中的至少一项施加边界条件；

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系及施加的所述边界条件，建立所述非线性全接触模型。

在本发明实施例中，针对诸如最大垂直载荷工况、拉伸载荷工况、压缩载荷工况、抬车工况以及三点支撑工况等不同工况，对所述轨道列车车体基础模型的空簧支座、车钩、防爬器中的至少一项施加边界条件；根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系及施加的所述边界条件，建立所述非线性全接触模型。也就是说，对所述轨道列车车体基础模型的空簧支座、车钩、防爬器中的至少一项施加边界条件也是建立所述非线性全接触模型的依据。

需要说明的是，所述施加边界条件至少包括对所述轨道列车车体基础模型的空簧支座、车钩、防爬器中的至少一项施加约束，如，固定所述轨道列车车体基础模型的空簧支座、车钩、防爬器中的至少一项。

在此还需要说明的是，在本发明实施例中，还可以对地板、车体端墙、车钩安装座中的至少一项施加载荷。

本发明实施例对所述轨道列车车体基础模型的空簧支座、车钩、防爬器中的至少一项施加边界条件是建立所述非线性全接触模型的依据。根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系及施加的所述边界条件，进行准确建模，保证了建立的非线性全接触模型的准确性。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系及施加的所述边界条件，建立所述非线性全接触模型，具体包括：

根据焊接图建立所述轨道列车车体基础模型的焊点单元和焊缝单元；

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件及所述焊点单元和焊缝单元，建立所述非线性全接触模型。

在本发明实施例中，根据焊接图中焊缝的位置和形状对点焊结构及焊缝结构进行准确建模，即根据焊接图建立所述轨道列车车体基础模型的焊点单元和焊缝单元。

需要说明的是，在本发明实施例中，除所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系及施加的所述边界条件是建立所述非线性全接触模型的依据之外，所述焊点单元和所述焊缝单元也是建立所述非线性全接触模型的依据。因此，在本发明实施例中，根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件及所述焊点单元和焊缝单元，建立所述非线性全接触模型。

本发明实施例根据焊接图中焊缝的位置和形状对点焊结构及焊缝结构进行准确建模，保证了建立的非线性全接触模型的准确性。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件及所述焊点单元和焊缝单元，建立所述非线性全接触模型，具体包括：

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件、所述焊点单元和焊缝单元及所述轨道列车车体基础模型的参数，建立所述非线性全接触模型。

在本发明实施例中，除所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件、所述焊点单元和焊缝单元是建立非线性全接触模型的依据之外，所述轨道列车车体基础模型的参数，也是建立所述非线性全接触模型的依据。因此，在本发明实施例中，根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件、所述焊点单元和焊缝单元及所述轨道列车车体基础模型的参数，建立所述非线性全接触模型。

需要说明的是，在本发明实施例中，在建立所述非线性全接触模型之前，根据车体隐式求解要求，设置初始步长和迭代次数等控制参数。将所述控制参数集成，不同模型可快速导入和调用这些控制参数，避免人为因素造成的模型错误。

本发明实施例通过隐式求解之间的参数控制，实现非线性全接触模型的快速收敛，在保证计算精度的前提下减少计算时间。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述轨道列车车体基础模型的参数包括板壳单元、焊点单元和焊缝单元的材料属性和厚度以及载荷、工况、求解软件类型和计算结果存储位置。

在本发明实施例中，所述轨道列车车体基础模型的参数包括板壳单元、焊点单元和焊缝单元的材料属性和厚度以及载荷、工况、求解软件类型和计算结果存储位置。

本发明实施例根据所述轨道列车车体基础模型的参数进行准确建模，保证了建立的非线性全接触模型的准确性。

在此需要说明的是，建立好非线性全接触模型后，使用宏命令自动调用求解器，自动批量配置计算内存，进行多种工况的批量计算。

以上是对一种轨道列车车体强度仿真方法的详细说明。接下来是对本发明实施例提供的一种轨道列车车体强度仿真装置的详细说明。

图2为本发明一实施例提供的一种轨道列车车体强度仿真装置的结构示意图，包括：基础模型建立模块21、非线性全接触模型建立模块22和强度仿真模块23；

所述基础模型建立模块21，用于基于轨道列车车体几何模型，建立轨道列车车体基础模型；

所述非线性全接触模型建立模块22，用于根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系，建立所述非线性全接触模型；

所述强度仿真模块23，用于对所述非线性全接触模型施加约束和载荷后进行强度仿真。

进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述强度仿真模块23，具体用于：计算施加约束和载荷后的非线性全接触模型的应力变化，得到轨道列车车体的应力结果；根据所述应力结果，确定所述轨道列车车体的强度是否满足预设强度要求。

进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述根据所述应力结果，确定所述轨道列车车体的强度是否满足预设强度要求，包括：

当所述应力结果大于材料的屈服强度时，确定所述轨道列车车体的强度满足所述预设强度要求；

当所述应力结果小于或等于所述材料的屈服强度时，确定所述轨道列车车体的强度不满足所述预设强度要求。

进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述非线性全接触模型建立模块，具体用于：

对所述轨道列车车体基础模型的空簧支座、车钩、防爬器中的至少一项施加边界条件；

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系及施加的所述边界条件，建立所述非线性全接触模型。

进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述非线性全接触模型建立模块，还具体用于：

根据焊接图建立所述轨道列车车体基础模型的焊点单元和焊缝单元；

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件及所述焊点单元和焊缝单元，建立所述非线性全接触模型。

进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述非线性全接触模型建立模块，还具体用于：

根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系、施加的所述边界条件、所述焊点单元和焊缝单元及所述轨道列车车体基础模型的参数，建立所述非线性全接触模型。

进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述轨道列车车体基础模型的参数包括板壳单元、焊点单元和焊缝单元的材料属性和厚度以及载荷、工况、求解软件类型和计算结果存储位置。

图3为本发明一实施例提供的电子设备的逻辑框图；所述电子设备，包括：处理器(processor)31、存储器(memory)32和总线33；

其中，所述处理器31和存储器32通过所述总线33完成相互间的通信；所述处理器31用于调用所述存储器32中的程序指令，以执行上述方法实施例提供的轨道列车车体强度仿真方法，例如包括：基于轨道列车车体几何模型，建立轨道列车车体基础模型；根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系，建立非线性全接触模型；对所述非线性全接触模型施加约束和载荷后进行强度仿真。

本发明一实施例还提出一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现了执行上述各实施例提供的轨道列车车体强度仿真方法，例如包括：基于轨道列车车体几何模型，建立轨道列车车体基础模型；根据所述轨道列车车体基础模型的各个结构件之间的接触关系和摩擦关系，建立非线性全接触模型；对所述非线性全接触模型施加约束和载荷后进行强度仿真。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。