铁路客车车体轻量化问题的研究_卢耀辉
铁路车辆结构多层面优化设计研究及典型运用
铁路车辆结构多层面优化设计研究及典型运用我国的铁路运输是通过多种学科和多种领域所结合的产物，对于现今最为受欢迎的高速铁路就具有较高的性能要求，高速铁路通过解决国外各种难题，总结了先进的技术，通过不断创新和研究，逐渐提升自身的技术和能力，为我国铁路事业的发展提供了非常有利的条件。
标签：结构优化；设计研究；当前社会经济的发展，我们的铁路运输业正在迅速发展随着时间的推移，我们铁路系统的发展和进步在我国铁路车辆结构设计方面，逐步优化和创新已逐步得到重视这对铁路运输系统构成了巨大的挑战。
一、我国铁路车辆结构优化设计发展状况随着时代的不断发展，我国铁路车辆输业也在不断的发展中，车辆系统更是得到了完善。
从二零零六年起我国就提出了“铁路基础设施建设要加快，不断提升路网运输的功能，不断提升铁路自主创新的能力，实现铁路设备技术的现代化发展”的思想。
而体现铁路现代化最明显的标志就是实现车辆设备的現代化，这样才能推进铁路技术良好发展。
要想实现铁路运输设备的现代化，铁路部门就必须要运用先进、成熟、可靠的技术，才能有效实现铁路运输设备的标准化、系统化、信息化。
我国铁路客运方式包括：内燃动车组、内燃集中牵引列车、电力集中牵引列车以及电力动车组等形式，这些铁路客运形式都是全世界广泛应用的方式，而且内燃动车组和电力动车组都是比较受欢迎的形式，它的编组相对比较灵活、相对比较方便安全。
二、铁道车辆轻量化与结构优化在实现高速运行的诸多关键因素中，机车车辆轻量化无疑是重点之一。
轻量化将涉及总阻力的大小、列车对线路的动力作用、磨耗、噪音等许多方面，显然为数众多的车辆轻量化的实现对高速运行将具有重大意义。
轻量化的途径基本可以归纳为3个方面：计算理论及方法的应用及发展；结构设计的改进；新材料的采用及发展。
下面仅就计算理论、方法的应用及发展进行阐述。
计算力学领域里，结构分析及结构优化理论及方法的不断更新，使得工程结构的轻量化程度日益提高。
车辆设计中采用结构优化方法，使其在保证一定的强度和刚度的前提下力争最轻的自重。
科技成果——轨道车辆车体结构耐撞性分析和可靠性优化关键技术
科技成果——轨道车辆车体结构耐撞性分析和可靠性优化关键技术成果简介该项目以轨道车辆车体结构为研究对象，通过研究列车车体模块化吸能结构的设计与能量分配、基于近似模型的车体可靠性优化设计研究、基于光纤光栅传感器技术的焊接结构疲劳损伤动态评估技术与基于多级目标代理的轻量化方法的结合，开展了以轨道车辆车体静强度、刚度、模态以及疲劳等性能为约束的车体被动安全及轻量化设计与优化评估系统。
相关方法及技术应用于主机厂的车辆端部能量设计及动态安全监测评估中，其中包括了高速列车、不锈钢地铁、铝合金地铁、特种车、市域动车组。
优化参数显著改善了列车在碰撞过程中的动态响应指标及轻量化设计问题。
本项目的研究成果用于改善列车的被动安全设计，在整车碰撞仿真中，列车能量耗散有序稳定，耐撞性指标显著改善，增加国内列车在国际市场上的竞争力，为相关企业带来2.228亿元的经济效益。
项目获授权国家发明专利1项，软件著作权9项，发表论文56篇。
技术特点（1）进行轨道车辆车体结构精细化有限元建模技术研究。
（2）考虑车体被动安全，以轨道车辆车体静强度、刚度及模态等性能为约束，进行疲劳可靠性分析及预测。
（3）针对随机因素波动易造成车辆结构失效的问题，以车体轻量化为目标，进行车辆结构的6σ疲劳可靠性优化设计研究。
（4）考虑刚度、强度、焊缝疲劳、屈曲、模态等情况，研究轨道车辆车体结构可靠性优化设计和高效求解算法。
（5）研究轨道车辆车体模块化吸能结构的优化设计与能量分配。
（6）基于光纤光栅传感器技术的车体焊接结构疲劳损伤动态安全监测技术研究（7）基于多平台、多学科约束的轨道车辆车体轻量化稳健可靠性设计。
（8）建立车体被动安全及轻量化设计与优化评估系统。
应用领域轨道车辆：城轨、地铁、高铁等。
市场前景该研究提出的可靠性优化设计、车辆车体结构疲劳寿命预测方法、列车能量稳健优化设计及多平台多约束下的结构优化设计方面取得的研究成果用于车体结构前期研发，显著降低了车辆研发时间成本，设计制造成本，而且车辆相关指标得到客户的认可，产品附加值提升，进而提升了产品利润，保守估算单辆地铁车利润提升为5-15万元，机车单台利润提升10-20万元左右。
高速铁路车体轻量化设计与优化
高速铁路车体轻量化设计与优化随着科技的不断发展和城市化进程的加快，高速铁路作为一种快速、安全、环保的交通工具，其重要性和需求也越来越大。
在高速铁路建设中，车体轻量化设计和优化是一个重要的课题，旨在提高列车的运行效率、减少能源消耗、减轻环境压力，同时确保列车的运行安全和乘坐舒适。
首先，车体轻量化设计与优化需要考虑结构强度和安全性。
高速铁路列车需要在各种复杂环境下运行，因此车体的结构必须足够强度，能够承受各种力学负荷和外界冲击。
一方面，可以采用先进的材料和工艺技术，例如碳纤维复合材料和铝合金等，使车体在不降低强度的前提下减少重量。
另一方面，结构设计要合理，通过优化设计和仿真分析，减少不必要的结构部件，提高材料的利用率，达到轻量化效果。
其次，车体轻量化设计和优化还需要考虑乘客的舒适性和安全性。
高速列车的乘坐舒适度是一个非常重要的指标，因为长时间的乘坐可能会对乘客的身体和心理造成负面影响。
轻量化设计不能以牺牲乘客舒适为代价，而应该通过改进座椅和悬挂系统等设计，使乘客在列车行驶过程中感受到更少的颠簸和震动。
另外，车体轻量化设计和优化还需要考虑能源消耗和环境影响。
随着全球对环境保护意识的增强，减少能源消耗和降低碳排放已经成为未来交通运输的重要发展方向。
在轻量化设计中，可以通过减少车体重量来减少能源消耗，并通过改进列车动力系统和阻力减小措施等技术，提高列车运行的能效性能。
轻量化设计还有助于减轻轨道的损坏情况，减少维护和修复工作，降低对环境的影响。
最后，车体轻量化设计与优化需要考虑生产成本和经济效益。
轻量化设计和优化不仅仅是追求重量减少，还需要综合考虑材料成本、制造工艺等因素。
在设计过程中，需要根据具体情况和经济性原则，综合考虑各种因素，并找到最佳的设计方案。
同时，轻量化设计也可以降低列车的能源消耗和维修成本，提高列车的经济效益。
综上所述，高速铁路车体轻量化设计与优化是在快速、安全、环保的前提下，通过改进结构设计和材料运用等手段，减少车体重量，提高列车运行效率和经济效益，降低能源消耗和环境影响的重要课题。
GL6466轻型客车车身结构轻量化优化研究
GL6466轻型客车车身结构轻量化优化研究GL6466轻型客车是一款广泛应用于公共交通领域的车辆，为了提升其燃油经济性和运行效率，车身结构轻量化成为了主要的研究方向之一。
本文将从材料选用、结构设计和优化分析三个方面入手，对GL6466轻型客车车身结构轻量化进行研究。
一、材料选用：为了降低车身重量，需选用轻量、高强的材料，如铝合金、高强度钢等。
铝合金具有良好的韧性和可加工性，不仅可以有效减轻车身重量，还可以提高其节能效果；高强度钢具有较高的强度和耐用性，可以在不损失安全性的前提下降低车身重量。
因此，在车身材料选用时，需考虑到材料的重量、强度和安全性三个因素，并进行权衡取舍。
二、结构设计：车身结构设计是轻量化的关键步骤之一，其主要目的是尽可能地减少车身破坏所需的能量，从而达到轻量化的目的。
首先，需要通过强度分析确定车身结构的受力状态，然后在此基础上进行优化设计，实现最少的结构材料使用，最大限度地减少车身重量。
在结构设计时，还需考虑到车身零部件之间的连接方式，以便在减轻车身重量的同时保证整车的稳定性和耐久性。
三、优化分析：车身轻量化设计的优化分析是对设计方案的逐步优化和验证。
可以通过有限元分析等手段对车身结构进行优化分析，评估其强度和稳定性，并确定优化配置。
同时，还可通过仿真实验对设计方案的可行性进行验证，从而避免在实际应用中出现不可预见的安全隐患。
总之，轻量化是目前汽车行业的大趋势，而在GL6466轻型客车的车身结构轻量化研究中，材料选用、结构设计和优化分析是必不可少的关键技术，它们的合理运用将在保证车身安全的前提下提高车身的强度和稳定性，最终实现车身结构的轻量化目标。
随着全球对环保和节能的要求越来越高，汽车设计师们也越来越注重车身结构的轻量化。
对于GL6466轻型客车这类广泛应用在公共交通行业的车型，其车身结构轻量化的研究不仅可以提高燃油经济性和运营效率，还可以降低碳排放量，为环保事业做出贡献。
一、材料选用在材料选用方面，除了铝合金和高强度钢之外，还可以考虑采用纤维增强塑料，这是一种轻量、高耐久的材料。
乘用车车身结构轻量化设计技术研究与实践
乘用车车身结构轻量化设计技术研究与实践
兰凤崇;庄良飘;钟阳;陈吉清;韦兴民
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2010(032)009
【摘要】提出了面向设计的车身结构轻量化设计流程,并将其应用于某SUV的开发中.研究表明:运用灵敏度分析技术和基于梯度法的修正可行方向优化算法能更高效地实现车身结构轻量化;提高材料的屈服强度可弥补厚度减小后对碰撞安全性造成的负面影响.结构件轻量化和材料替换前后均作了刚强度和碰撞性能的对比,设计方案和研究结果都在应用中得到有效验证.
【总页数】7页(P763-768,773)
【作者】兰凤崇;庄良飘;钟阳;陈吉清;韦兴民
【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东省汽车工程重点实验室,广州,510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东省汽车工程重点实验室,广州,510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东省汽车工程重点实验室,广州,510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东省汽车工程重点实验室,广州,510641;吉利汽车研究院有限公司,台州,317000
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.乘用车的车身及车身结构 [J], 耿柳萍
2.碳纤维复合材料的乘用车前端结构轻量化设计 [J], 张大鹏; 孙忠辉; 李振辉
3.乘用车车身结构轻量化设计技术研究与实践 [J], 彭文辉
4.集成式辊压型材在客车车身结构轻量化设计中的应用探讨 [J], 酒军亮;詹国臣;王小伟;刘永博;梁奇伟
5.乘用车车身结构轻量化设计影响因素研究 [J], 刘芳
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铝合金在高速铁路上的应用现状及发展趋势
铝合金在高速铁路上的应用现状及发展趋势•相关推荐铝合金在高速铁路上的应用现状及发展趋势摘要：铁路运输是我国主要的交通运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用。
而铁路车辆是铁路运输中直接载运旅客和货物的工具，是铁路中的一个主要环节，随着社会的进步，运输对车辆的要求越来越高。
车体作为车辆的一个主要部件，其轻量化设计就成为一个关键的问题。
高速列车的轻型化对于发展交通运输、改善机车车辆运行平稳性、降低能源消耗、减少轮轨磨耗都是至关重要的。
当今世界上，大多数发达国家采用铝合金为材质制造车体结构，介绍目前国内外铁路运输中铝材的应用优势及其主要障碍，通过使用铝材来代替传统的钢铁材料，可大大减轻自重以降低能耗、减少环境污染、提高经济性。
并对铝材的发展趋势做了猜测。
关键词铝合金；现状；发展趋势1引言铁路运输工业正面临越来越严重的三大课题：能源、环保、安全。
减轻火车自重以降低能耗，减少环境污染，节约有限资源已成为火车运输关注的焦点。
轻量化是火车发展的一个重要趋势，通过使用轻质材料来替代传统的钢铁材料，可以减轻火车的质量，以达到节省燃料的目的。
因此，越来越多的轻质或高比强度的材料受关注，如板、铝合金。
本文就高速铁路客车用铝合金材料的现状及发展趋势做些讨论。
2铝合金的特点及其应用优势2.1铝合金的特点铝的密度小，仅为2.7（属轻金属），约为钢的1/3。
由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜，所以耐蚀性好。
铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度低，流动性好，易于制造各种复杂外形的零件。
铝中加入一种或几种元素后即构成铝合金，铝合金相对于纯铝可以提高强度和硬度，除固溶强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa，与低碳钢相比，比强度则胜过某些合金钢。
铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。
铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。
铁路客车车体轻量化研究及优化
铁路客车车体轻量化研究及优化作者：吕昊来源：《中国新技术新产品》2019年第06期摘要：随着新时代的快速发展，轨道交通运输行业的发展也更加迅猛，也在进行自我提升和不断地完善，因此，铁路客车车体轻量化问题迫在眉睫。
铁路客车进行车体轻量化就是在保证车体强度及安全的前提下，运用现有的技术手段，使车体的整备重量减少，同时达到节能减排、保护环境的作用。
实验证明，如果能实现铁路客车车体轻量化，减少铁路客车车体的重量，就能在一定程度上大大减少生产成本的使用，从而有着非常良好的经济效益和社会效益。
本文对铁路客车车体轻量化问题进行系统分析，并且对铁路客车轻量化的发展前景做出了预测，希望能对相关人员有着参考价值。
关键词：铁路客车；车体轻量化；不锈钢中图分类号：U463 文献标志码：A当前，随着我国轨道交通运输技术的不断发展，我国铁路客车事业取得了很大的成就，更是受到了国内外人民的格外关注，中国自主研发制造的铁路客车远销海外，使全世界对中国的敬佩感油然而生。
目前来说，社会的快速发展，经济发展越来越迅速。
由于铁路客车存在着稳定、安全等诸多的优点，使其在交通运输领域中所占比例正在加大，因此对于旅客及物资的运送都有着十分积极的贡献。
然而，随着铁路交通事业的快速发展，也出现了一些环境污染问题，而目前全球都对节能减排、保护环境的问题高度重视，因此，我国铁路客车正在积极地响应全世界的号召，研究铁路客车车体轻量化问题，为我国铁路事业的发展奠定了基础。
1 铁路客车车体轻量化的目的和意义铁路客车车体轻量化还在不断地发展和完善，目前通过对车体重量的缩减，可以使列车的安全性提高、更易操控、提升行进的速度、减少噪声、降低油耗、控制废弃的排放量等。
不仅如此，车体重量降低后，车辆行驶的阻力大幅度减小，节省牵引以及制动需要的能量，同时车辆对轨道的磨损程度也进一步降低，进而节约了对轨道的维护费用。
通过减少材料以及运用新型材料和对结构的优化使铁路客车车体轻量化达到理想目标。
铁道车辆转向架构架可靠性参数灵敏度分析
第31卷,第1期 中国铁道科学Vo l 31No 12010年1月 CH INA RAILWAY SCIEN CEJanuar y,2010文章编号:1001 4632(2010)01 0111 05铁道车辆转向架构架可靠性参数灵敏度分析卢耀辉1,2,曾 京2,邬平波2,李人宪1,杨 飞2(1.西南交通大学机械工程学院,四川成都 610031; 2.西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都 610031)摘 要:运用概率分析方法建立某转向架构架的参数化有限元模型。
选取构架的材料属性、几何参数和载荷等作为随机变量,通过统计分析得到其分布参数。
用构架母材和焊缝部位疲劳薄弱处的最大主应力和其许用疲劳强度建立疲劳强度可靠性失效状态函数。
基于蒙特卡罗数值模拟方法,计算转向架构架的可靠度及参数灵敏度。
分析结果表明:在所选择的随机变量中,空气弹簧部位的载荷变量和材料的许用疲劳强度变量对构架的疲劳强度可靠性影响较灵敏,而板厚变量和局部的载荷变量对构架的疲劳强度可靠性影响不显著。
提出了转向架构架可靠性优化设计的建议。
关键词:转向架;焊接构架;可靠性;灵敏度;蒙特卡罗法;概率设计;优化设计 中图分类号:U 270 331 文献标识码:A收稿日期:2008 12 17;修订日期:2009 09 18基金项目:国家 九七三 计划项目(2007CB714700);新世纪优秀人才资助项目(NCET 07 0717);西南交通大学博士研究生创新基金资助项目作者简介:卢耀辉(1973!),男,甘肃民勤人,讲师,博士研究生。
在工程分析中所建立的分析模型都是经过各种假设和理想化而得出的。
而实际中设计的任何产品,其材料属性、加工公差和载荷等都存在不确定性。
所以,在有限元分析中输入的参数也同样具有一定程度的不确定性。
要完全消除这些输入参数的不确定性很难[1]。
对于复杂结构的可靠性参数灵敏度的计算,由于其失效概率是多变量的函数,无法采用直接积分和求偏微分的方法来进行计算,而基于蒙特卡罗数值模拟的方法可以比较精确的求解结构的可靠性灵敏度问题[2,3]。
铁路客车车体轻量化问题的研究_卢耀辉
铁路客车车体轻量化问题的研究XCARBO DY LIGHTENING PROBLEM STUDY OF RAILWAY PASSENGER CARS卢耀辉X X1,2曾京2邬平波2(1.西南交通大学工程科学研究院,成都610031)(2.西南交通大学牵引动力国家重点实验室,成都610031)LU YaoHu i ZENG Jing WU PingBo(1.Research School o f Engineering Secience,Southwest Jiaotong U niversity,Chengdu610031,China)(2.National Traction Po wer Laboratory,Southwest Jiaotong University,Chengdu610031,China)摘要在车辆轻量化的过程中,车体承载结构的轻量化显得尤为重要。
车体承载结构的轻量化,要保证车体的强度、刚度和动态特性等满足提速客车的要求。
文中利用ANSYS软件建立25K型硬卧客车车体轻量化前后的有限元模型,计算车体的强度、刚度和模态,并对轻量化前后的车体作对比分析;然后,用NUCARS动力学分析软件建立25K型硬卧客车系统的数学模型,分析弹性振动对平稳性的影响,并就刚性车体模型和轻量化前后的弹性车体模型对平稳性和加速度响应的影响作对比分析。
关键词客车车体轻量化强度模态平稳性中图分类号U27011U27112U260111Abstract In the course of lightening of the vehicle,the ligh tening of car-body structure is very i mportant1The lightening design of vehicle should meet the requirement for the s trength,stiffness and dynamic performance of the car-body in the condition of raising train speed.ANSYS software was utilized to set up two finite element models of type-25K hard-berth passenger car-body before and after light-ening1The strength,stiffness and mode of car-body were calculated and compared for the two models1Then the dynamic model of the passenger car system using NUCARS dynamic software was set up1The effect of car-body elastic vibration on the ride comfort was ana-lyzed1The ride comfort and acceleration responses of the car system with rigid car-body model or elas tic car-body model were studied and compared1This work provides the theoretical foundation for the car-body lightening of speed up passenger cars1Key words Passenger car body;Lightening;Strength;Mode;Ride comfortCorrespon ding author:LU Yao H ui,E-ma il:smile-ly hs1student@sina1com1cn,Fa x:+86-28-87600868The project supported by the Key Project of Science and Technology of the Ministry of Education(No101150)and Education Plan for the Trans-Century Excellent Talents1Manuscript received20030807,in revi sed form2004032211引言随着铁路运输速度的提高,车辆的轻量化显得越来越重要,在客车的自重中,车体承载结构占有相当大的比重,因此,在车辆轻量化的过程中,车体承载结构的轻量化显得尤为重要。
GL6466轻型客车车身结构轻量化优化研究
（ 任 编辑 责
修 改 稿 收 到 日期 为 ２ １ ０ １年 ９月 ２ ６日。 学林） Nhomakorabea 一
２１ 年 ０１
第 ｌ ０期
２】 一
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设计 ・ 汁算 ． 究 ． 研
材料 密 度 即可得 到 ． 由于 模 型简化 ． 要对 材料 密度 需 进行 修 正 ， 正 的质量 密 度 为 １ ９ ￣ ０２ ｍｍ ： 修 ． ２ １－ ／ ３装备 ０ ｇ 质量 （ 括 动力 总成 、 包 备胎 、 箱 、 门 、 油 车 地板 、 空调 暖 Ｊ 机 、 凝器 、 ｘ 【 冷 其他 底 盘 电器 附 件 等 ） 照 其 安装 位 按 置分 配 到模 型相 应节 点 上 ：座椅 及乘 客质 量 以均 匀 分 布 载 荷 形 式加 在 底 架 横 梁 上 … 乘 客 质 量 按 照 ６ ． ５
ｔｉ ｅ ｃ ｅ ｓ ｍｐｏ ｉ ｍ ， ｔ ｖ ｎ ｅ ２ ０９． ｒｅｖ ｈｉｌ ｙ ｓｕ Ｓ ａ ａ ｇ ｒ， ０
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铁路车辆关键部件静强度及疲劳寿命的有限元分析方法
摘要 ： 比了结构 静强度和疲劳寿命 有限元分 析方 法的异 同 ， 对 对使用有限元软件进行 铁路车辆 承 载部件的静强度和疲劳寿命计算 中的一些 问题 进行 了分析 ， 介绍 了铁路车 辆关键 部件有 限元 并
分析 中的注意事项 ．’
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词 ： 限元 法 ； 有 强度 ； 寿命 ； 疲劳 铁路车辆 ； ； 车体 转向架构架
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收 稿 日期 ：０７ ９ ２ ２ ０ —０ —１
基金项 目 ： 国家 ８３ ６ 计划 资助项 目（０６Ａ ４４６ ； 育部创新 团队基金 资助项 目（ Ｔ４２ ； 交通 大学 博士 ２０Ａ ０Ｚ０ ）教 Ｉ ０５ ）西南 Ｒ 研究生创新基金资助项 目． ’ 作者简介 ： 卢耀辉（９３ ）男 ， １７一 ， 博士研究生 ， 讲师 ， 主要从 事车辆结构疲 劳可靠性及 Ｃ Ｄ Ｃ Ｅ Ｃ Ｍ方 面的研究 ． Ａ ／ ｉ ， ｈｎｄ １０ １ ｈｎ） ｏｔ ｅｔ ｉ ｔ Ｕ ｉ ｒｔ Ｃ ｅｇｕ６０３ ，Ｃ ｉ ｈ ａｏ ｇ ｖ ｓｙ ａ
铝合金在客车车体上的应用现状及发展历程
铝合金在客车车体上的应用现状及发展历程本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21 year.March铝合金在客车车体上的应用现状及发展历程初稿：中国客车网［一、背景：节能、环保、安全、舒适是当前汽车技术发展的趋势，降低燃油消耗、减少向大气排出二氧化碳和有害气体及颗粒已成为汽车界主要研究课题之一。
减小客车自身质量是客车降低燃油消耗和减少排放的最有效措施之一。
据统计汽车质量每减少10%,燃油消耗可降低6%—8%。
据了解，车辆轻量化主要包括优化汽车框架结构和采用轻质材料。
其中采用轻质材料是车身轻量化的主流，当前针对规模化生产的需要，己经有很多种轻质材料应用于车身制造工业，比如高强度钢、铝合金和碳纤维等等。
新型轻量化材料的开发与应用，逐渐成为汽车材料的研究热点，铝合金车体由于在轻量化、密封性、抗腐蚀性、美观性等方而优于钢结构车体，是目前汽车制造业比较好的选择。
表1铝板与普通铝板硬度比较二、未来铝车身客车的发展趋势据调查，自2007中国交通用铝研讨会上，来自德国海德堡能源和环境研究中心的最近一项研究结果表明，一部经停若干站的城市柴油客车减重100公斤，将在其整个运营周期内节约燃油2550升，并且大大降低二氧化碳等温室气体排放量。
铝制部件和车身是未来发展趋势；根据交通部估计2010年中国客运总量将达到220-250亿人次，公路总里程将达到230万公里，高速公路通车里程将达到6・5万公里，三项指标未来5年复合增长率分别为5. 5%, 3. 4%和9. 7%。
公路建设的快速发展、公路条件的不断改善，对客车行业会产生两个方面的促进作用，一是新增运输线路直接带动客车销售量的增加，二是高等级公路的增加将促使客运公司提升营运客车的档次，通过产品升级和营运客车大型化的趋势间接拉动客车销量。
油价上涨，客车的使用成木直线上升，使如何降低用户的运营成木成为客车企业迫切需要解决的问题，针对中国客运业的状况和耐用、节油这两个客运企业普遍关心的热点问题，以市场需求为导向是客车技术进步的大方向。
动车组轻量化铝合金车体结构研究
摘要：本文结合长客股份自主研发的CRH3A型城际动车组，针对城际动车组大载客量的城际运用特点，从车体材料、车体结构、车体强度、车体模态、车体刚度、车体疲劳等几方面入手对轻量化车体结构进行分析，对车体轻量化设计具有借鉴意义。
关键词：城际动车组;轻量化车体;结构研究0 引言我国高速铁路的具有高寒、风沙、高温、高湿等多样化的特点[1]。
为了适应不同区域、不同路网和不同旅客群对高速动车组的技术、服役性能和运营模式提出差别巨大的要求，需要不同的个性化、系列化高速动车组技术与之适应，轻量化铝合金车体技术是其中一项关键技术。
1 轻量化车体结构研究的必要性1.1 动车组轻量化技术高速动车组作为高速铁路系统的重大移动装备，其整体轻量化与整车性能的提升一直都是国内外高速铁路技术领域不断深入研究、探索和解决的重大课题[2]。
由于高速列车涉及系统集成、铝合金车体、转向架、制动系统及内装结构等关键技术及重要配套技术，其中每一项技术及其对应的车辆系统的轻量化和性能提升，都对高速列车的整体轻量化与整车性能的提升产生重大的影响。
轻量化技术无不与结构优化、材料创新和先进制造技术息息相关，突破和掌握高速列车关键技术系统的结构优化、性能提升、材料创新和先进制造技术，是突破和牢牢掌握高速动车组关键技术及重要配套技术的重要保证[3]。
1.2 车体轻量化优势实现车体轻量化可以降低原材料消耗，降低车辆的制造成本;节省牵引动能，降低列车的运行费用;减少车辆对线路的冲击及减轻线路维护工作量;提高车辆的启动加速度及制动减速度，提高列车的运行速度及曲线通过速度。
城际动车组除了要求定员载客量外，还要求大站立区载客量，而车辆轴重却要求低于干线动车组。
所以，车体结构不但要具备干线动车组的强度、刚度，而且要求实现比干线动车组更大程度的轻量化。
2 动车组轻量化车体结构动车组为了适应大载客量、空重车变化大的需求，尽量降低铝合金车体的自重，从而提高整车的载客量;动车组主要从铝合金车体材料、铝型材断面、车体结构等几方面入手考虑车体的轻量化技术。
基于侧翻安全性的客车车身骨架轻量化研究
图1中段骨架模型1引言安全节能和环保是当今汽车发展的主题，车辆安全性与轻量化设计是各车企生产商重点研究的对象[1-2]。
尤其对于客车生产厂商，由于历史原因，大部分客车车身骨架设计得都非常保守，造成车身骨架超重特别严重，这给我们留下了非常大的减重空间；但是由于客车本身的特点，比较高，承载人数比较多，容易在路况或车况不好的情况下发生侧翻，而一旦发生侧翻都是造成群死、群伤，造成严重的社会影响。
所以现在相关部门对客车的安全性能，特别是侧翻安全性能要求非常严格，并引入欧盟ECE R66上部结构强度的强制标准。
目前，为提高整车的侧翻安全性能，大都采用加大材料规格的方法，但是这会极大增加整车重量，一方面增加成本，另一方面重量增加也不利于侧翻安全。
本项目主要是通过研究高强度钢材料在对侧翻安全影响较大的地方（如侧围立柱、顶盖横梁等位置）的有效使用，减小材料规格,对骨架结构进行优化，并对优化后的骨架模型进行有限元模拟，达到侧翻安全要求之后，再通过试验对优化的骨架进行试验验证。
得到一种在保证侧翻安全性的同时，实现整车骨架的轻量化的方法。
2前期准备2.1中段骨架模型的建立客车侧翻主要是参考客车上部结构以及侧围的强度，因此截断模型可以直接在整车模型中直接截取。
本项目是在我司6129Y8侧围处，选择具有客车结构代表性的部位（如图1所示）。
基于侧翻安全性的客车车身骨架轻量化研究Research on the Light Weight of Bus Body Frame Based on the Rollover Safety许彦池（石家庄中博汽车有限公司，石家庄050800）XU Yan-chi(ShijiazhuangZhongboAutomobileCo.Ltd.,Shijiazhuang050800,China)【摘要】针对目前我司之前为满足上部结构强度法规的要求，主要采用加大骨架材料规格的做法，并由此造成整车重量严重超重的现状，本项目通过研究高强度钢材料在车身骨架上的有效应用，以车身轻量化为优化目标，对某客车的车身骨架结构进行了优化设计。
轨道客车轻量化材料发展展望
轨道客车轻量化材料发展展望摘要：在社会经济不断发展过程中，我国轨道客车产业得到了前所未有的进步，在此过程中轨道客车中所使用的材料得到一定的进步，其中耐候钢、不锈钢、铝合金等金属材料被大范围使用到轨道客车中，在确保轨道客车质量的基础上，为轨道客车轻量化提供了保障。
因此，在本文中将对轨道客车的材料发展历程情况进行分析总结，对后续轨道客车所使用的更高强度、更好性能的轻型合金金属材料、纤维化增强复合材料等促进轨道客车领域新材料的使用情况进行论述，提出轨道客车使用材料在未来的主要发展方向，以期使得相关研究能够拥有参考。
关键词：轨道客车；轻量化；材料；发展展望前言：在我国现阶段交通行业发展过程中，轨道客车的主要作用便是载客，是现阶段动车、干线客车以及城市轨道交通的统一称呼，是现阶段铁路运输系统中的关键部分，对于社会经济水平的发展有着不可忽视的作用。
随着高铁的建设，我国轨道客车产业增长的速度是十分快的，产品也逐渐呈现出多元化、系列化的方向进步着，因此产业发展也正推动了新型材料的应用，切实使得列车轻量化成为轨道客车的主要发展方向。
1 轨道客车轻量化材料使用的作用在我国轨道客车等级的不断提高，运行区间范围内被逐渐扩大，这也使得列车的载荷工程情况变得越来越严格化，而施工环境也变的越来越复杂。
在此过程中，轨道客车材料使用技术的不断进步使得使用材料逐渐变得越来越多样化，材料的强度要求变得更高，其中新材料的使用空间是巨大的，并不断朝着高强、轻量、耐磨的方向进步着。
新材料的出现与应用，在一定程度上推动了轨道客车质量的提高，逐渐形成了整个轨道客车产业链的良性循环，为轨道列车的平稳发展奠定了良好的基础[1]。
2 轨道客车应用材料的展望我国的轨道客车车体主要使用的是碳钢、不锈钢、铝合金等材料，对于速度在120km/h之下的轨道客车，使用的是不锈钢；速度在120-200km/h之间的普通客车，其材料多使用碳钢；动车由于自身的速度较高，所使用的材料为轻量化铝合金材料。
铁路客车车体轻量化问题的思考
第二， 枕 内的纵 向后 梁设计 部、 以矩形为底部 的全封 闭的钢铁外壳 ， 位 于侧墙 和车顶 以及端墙 意使其仍然 能够符合 国家 规定 的要 求 ； 并使纵 向波纹地板 的受力 能够更加地均 匀 ， 使 得集 中受 骨架 的外部 和钢 制底架 的上 部 ， 我们 叫它 薄壁 筒形 车体 结构 。这 可 以去 除 ， 第三， 使用 Ｓ Ｕ Ｓ ３ ０ ４ Ｄ Ｙ的单层 波纹 地板 ， 有 种车体结构设计 中还存 在一 些可 以改 进 的问题 ， 下 面会 给 出改进 力 的部分 能缓解压 力 ；
因素。因此 ， 铁路客车 车体 的轻量 化设计 值得 我们更 加深 入地研
究 探索。 １ ． １ 车 体 设 计 的 现 状 ３铁路客车轻量化设计 的思路 我 国现在所运行 的 ２ ５型的铁路客 车的车体设 计 中 ， 钢 结构为 ３ ． １ 针对铁路客车车体结构设计的轻量化设计思路 薄壁 圆筒样 式 的结构 ， 车 体钢结 构包含 了底架 、 侧墙、 车顶 以及端
铁 路 客 车 车 体 轻 量 化 问题 的 思 考
◆ 樊 永ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发
（ 呼和浩特铁路局包头车辆段）
【 摘要】随着我 国经济的飞速发展 ， 科 学技 术 的进 步 ， 社会 的各个方 的一些 内装组成 、 车辆设备 及车辆结构原件的轻量化设 计等 。
面的建设都提 出了更高的要 求 ， 铁路运输 的建设作 为我 国的一项非 常重要 的基础设施建设 ， 备 受社 会各界 的广泛 关注 ， 是 我 国 目前 的 ２ ． ２铁路客车车体轻量化设计 的重要 意义 对铁路客车提 出车体轻量化设计 的发 展方 向肯 定不是 随随便
民生热点话题 。铁路 运输 现在 的重点是 轻量化设 计， 全 国也 已经几 便提出的 ， 它对铁路运输事业 的发展 ， 甚至 对我 国的社会 和经 济发 次进行 了铁 路客车的大提速 ， 它不仅 为人 们的 出行提 供 了便利 ， 带 展都有着十分重要的现实意义 。铁路客 车车体 的轻 量化设计 符合 来社会 效益 ， 其所产生的经济效益 同样不容忽视。这主要缘 于铁 路 我国可持续发展观 的要 求 ； 铁路 客车车 体 的轻量化 设计 可 以大幅 客 车的数量庞大 ， 哪怕 只是 些许 的改 良， 都会伴 随显著 的轻量化 效 果。根据 多年的研 究经验 ， 详细 阐述 目前铁路客车车体设计存在 的 问题 ， 并针对 车体轻量化 问题提 出建议 。 【 关键 词】铁路客车 车体轻量化 现状 建议 度的减少制造原材料的使用 降低铁 路客 车的制造成本 ； 铁路 客车 车体的轻量化设计可 以有效 地节 约客车 的牵 引动能 从 而 起 到 节 省车辆的运行成本 提高收益 ； 铁路客车车体 的轻量化设 计可 以极 大程度 地减轻车辆 自身重量 从而减 轻列车对铁 轨的磨损 ， 产生 较
GL6466轻型客车车身结构轻量化优化研究
GL6466轻型客车车身结构轻量化优化研究罗建国;谢红清;付爱军【摘要】Finite element model of body frame of GL6466 light bus was established with beam element and proved to be accurate with experiments. With total body mass as the objective function, and section parameters of the body frame are chosen as design variables, sensitivity analysis was made with the constraints of low-order natural frequency and body bending stiffness and stress around the critical areas. Variables of the optimized design are defined according to result of sensitive analysis. After the optimization design, the total mass of the light bus body was reduced by 8.1%, whereas body stiffness, strength and first-order natural frequency still meet the performance requirements.%用梁单元建立了GL6466型轻型客车车身骨架有限元模型,并验证了模型准确性.以车身总质量为目标函数,选取车身骨架主要型材的截面参数为设计变量,以车身弯曲刚度和扭转刚度、关键部位应力、1阶扭转固有频率为约束条件,进行灵敏度分析.根据灵敏度分析结果确定优化设计变量,对该轻型客车车身结构进行优化后,车身总质量减轻8.1％,而车身刚度、强度以及1阶扭转固有频率在可接受范围内.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2011(000)010【总页数】4页(P21-24)【关键词】轻型客车;车身;轻量化;优化【作者】罗建国;谢红清;付爱军【作者单位】柳州五菱汽车工业有限公司技术中心;柳州五菱汽车工业有限公司技术中心;柳州五菱汽车工业有限公司技术中心【正文语种】中文【中图分类】U463.821 前言GL6466轻型客车是五菱集团自主研发的低地板城市客车。
高速客车轻量化车体结构的选择
高速客车轻量化车体结构的选择
李革;王善哲
【期刊名称】《铁道车辆》
【年(卷),期】1999(037)006
【摘要】分析了国外几种典型的铝合金车体结构，提出了我国高速客车车体结构模式，认为ＩＣＥ车体结构是铝合金车体结构。
【总页数】3页(P12-14)
【作者】李革;王善哲
【作者单位】长春客车厂设计处;北京铁路局石家庄车辆段
【正文语种】中文
【中图分类】U271.910.3
【相关文献】
1.200 km/h高速客车车体结构分析及改进 [J], 廖爱华;孙丽萍
2.改善高速客车车体结构动态特性的研究 [J], 崔嵩;赵洪伦;王文斌
3.铰接式高速客车车体承载结构轻量化设计 [J], 李玉家
4.高速客车轻量化车体耐碰撞结构的优化设计 [J], 王文斌;赵洪伦
5.铰接式高速客车车体结构轻量化设计研究 [J], 岳峰松
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高速列车轻量化技术
高速列车轻量化技术
佚名
【期刊名称】《机车电传动》
【年(卷),期】2004()4
【摘要】为了配合实现我国铁路跨越式发展的战略目标,推动我国客运高速、快速和货运重载技术的发展,应广大技术人员要求,我刊组织了系列技术问题讨论,请有关领导、专家畅谈各自的观点。
本期特请华南理工大学材料学院贾德民教授,中国南车集团四方机车车辆股份有限公司林东教授级高级工程师,就高速列车轻量化技术问题谈谈各自的看法。
【总页数】2页(P1-2)
【关键词】高速列车;轻量化技术;轴重;能耗性能;制动性能
【正文语种】中文
【中图分类】U292.914
【相关文献】
1.从CRTSCHINA2013国际高铁技术展看高速列车轻量化技术发展新动向 [J], 无;
2.高速列车用LIM式轨道涡流制动机的小型轻量化研究 [J], Hiroshi YODA; 刘志荣
3.高速列车轻量化与节能分析 [J], 王振; 毕海权; 王艳琴; 阳光武
4.高速列车用LIM式轨道涡流制动机的小型轻量化研究 [J], [日]Hiroshi YODA; 刘志荣(译); 于伟业(校)
5.高速列车用LIM型轨道涡流制动装置小型化及轻量化研究 [J], Hiroshi YODA;周贤全
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铁路客车车体轻量化问题的研究XCARBO DY LIGHTENING PROBLEM STUDY OF RAILWAY PASSENGER CARS卢耀辉X X1,2曾京2邬平波2(1.西南交通大学工程科学研究院,成都610031)(2.西南交通大学牵引动力国家重点实验室,成都610031)LU YaoHu i ZENG Jing WU PingBo(1.Research School o f Engineering Secience,Southwest Jiaotong U niversity,Chengdu610031,China)(2.National Traction Po wer Laboratory,Southwest Jiaotong University,Chengdu610031,China)摘要在车辆轻量化的过程中,车体承载结构的轻量化显得尤为重要。
车体承载结构的轻量化,要保证车体的强度、刚度和动态特性等满足提速客车的要求。
文中利用ANSYS软件建立25K型硬卧客车车体轻量化前后的有限元模型,计算车体的强度、刚度和模态,并对轻量化前后的车体作对比分析;然后,用NUCARS动力学分析软件建立25K型硬卧客车系统的数学模型,分析弹性振动对平稳性的影响,并就刚性车体模型和轻量化前后的弹性车体模型对平稳性和加速度响应的影响作对比分析。
关键词客车车体轻量化强度模态平稳性中图分类号U27011U27112U260111Abstract In the course of lightening of the vehicle,the ligh tening of car-body structure is very i mportant1The lightening design of vehicle should meet the requirement for the s trength,stiffness and dynamic performance of the car-body in the condition of raising train speed.ANSYS software was utilized to set up two finite element models of type-25K hard-berth passenger car-body before and after light-ening1The strength,stiffness and mode of car-body were calculated and compared for the two models1Then the dynamic model of the passenger car system using NUCARS dynamic software was set up1The effect of car-body elastic vibration on the ride comfort was ana-lyzed1The ride comfort and acceleration responses of the car system with rigid car-body model or elas tic car-body model were studied and compared1This work provides the theoretical foundation for the car-body lightening of speed up passenger cars1Key words Passenger car body;Lightening;Strength;Mode;Ride comfortCorrespon ding author:LU Yao H ui,E-ma il:smile-ly hs1student@sina1com1cn,Fa x:+86-28-87600868The project supported by the Key Project of Science and Technology of the Ministry of Education(No101150)and Education Plan for the Trans-Century Excellent Talents1Manuscript received20030807,in revi sed form2004032211引言随着铁路运输速度的提高,车辆的轻量化显得越来越重要,在客车的自重中,车体承载结构占有相当大的比重,因此,在车辆轻量化的过程中,车体承载结构的轻量化显得尤为重要。
随着我国国民经济的发展,铁路已进行了四次大提速,产生了良好的社会效益及巨大的经济效益。
由于提速客车数量大,涉及面广。
它的稍许改进效果都将十分明显,因此,其轻量化也更有意义,有利于提高我国铁路客车的总体技术水平,有利于铁路客运经济效益的提高,同时,对我国高速客车的轻量化设计也具有相当的指导意义[1]。
客车轻量化的意义在于降低原材料消耗,降低车辆的制造成本;节省牵引动力,降低列车的运行费用;减少车辆对线路的冲击及减轻线路维护工作量;提高车辆的启动加速度及制动减速度,提高列车的运行速度及曲线通过速度[1]。
提速客车轻量化后将带来刚度和强度问题、动态特性问题、舒适性和平稳性问题等。
下面将针对25K 型提速硬卧客车的车体轻量化问题进行研究。
2车体轻量化前后的有限元强度分析211车体有限元计算模型客车车体钢结构的有限元计算采用ANSYS软件进行,以半车车体作为研究对象,在对称边界上施加对称约束。
以轻量化前的车体为例,其具体结构及离散Journal of Mechanical Strength2005,27(1):099~103 XX X卢耀辉,男,1973年9月生,甘肃民勤人,汉族。
博士研究生,从事结构的疲劳强度及可靠性方面的研究。
20030807收到初稿,20040322收到修改稿。
教育部科技重点项目(01150)和跨世纪优秀人才培养计划资助。
图如图1(车体钢结构有限元模型)和图2(车体梁单元)所示。
在ANSYS 软件中,波纹地反、底架及侧墙板、车顶板、端墙板均用四边形板壳单元划分,侧墙纵向梁、上边梁、侧柱、车顶弯梁、车顶边梁、纵向梁以及端墙立柱、角柱等均用梁单元划分。
通过计算机自动离散及局部的人工干预,轻量化前的半车车体钢结构共离散成59472个节点,四边形和三角形板壳单元有54086个,梁单元有5342个;轻量化后的半车车体钢结构共离散成48295个节点,三角形和四边形板壳单元为42695个,梁单元为5382个。
图1 车体钢结构有限元模型Fi g 11 Finite element model of the s teel car body图2 车体梁单元Fig 12 Beam elements of the car body212 约束处理边界条件是,在每个心盘座处的节点上,一端心盘施加垂向约束W y =0,另二端心盘施W x =0、W y =0、W z =0来模拟上下心盘完全接触这种理想情况。
213 车辆基本作用载荷组合工况根据TB/T 1335)19965铁道车辆强度设计及试验鉴定规范6,对以下三种载荷工况进行计算:(1)垂直静载荷工况(第一工况),模拟运用载荷工况:整车垂直均布载荷按车体自重、载重以及整备重量考虑,以均布压力的方式作用在地板面下的纵横梁上。
轻量化前的车体所施加的垂直静载荷为38164t,轻量化后的车体所施加的垂直静载荷为34155t 。
(2)垂直总载荷和纵向120t 的压缩载荷的组合工况(第二工况):垂直总载荷以均布压力的方式作用在地板面下的纵横梁上,纵向压缩载荷120t 沿车钩中心线作用于车辆的后从板座上。
轻量化前的车体所施加的垂直总载荷为48t,轻量化后的车体所施加的垂直静载荷为4317t 。
(3)垂直总载荷和纵向100t 拉力组合工况(第三工况):垂直总载荷以均布的方式作用在地板面下的纵横梁上,100t 的纵向拉力以均布压力的方式作用在前从板座上。
(4)扭转载荷40kN #m ,由于采用半车模型,在对称边界上约束条件为反对称约束,与其他载荷在对称边界上约束条件为对称约束不同,在计算时单独考察对车体强度的影响[2]。
214 计算许用应力材料的许用应力用材料的屈服强度R s 与安全系数s 的商计算。
轻量化前设计中车体钢结构材料主要选用耐候钢(09CuPCrNi)和普通碳素钢(Q235A),轻量化后设计中车体钢结构材料主要选用耐候钢(09CuPCrNi)和低合金钢(Q345B),根据TB/T 1335)19965铁道车辆强度设计及试验鉴定规范6,普通碳素钢的许用应力为164MPa,耐候钢的许用应力为184MPa,低合金钢的许用应力为216MPa;轻量化后波纹地板选用高强度的不锈钢(0Cr18Ni H ),许用应力为394MPa 。
TB/T 1335)19965铁道车辆强度设计及试验鉴定规范6规定,计算复杂应力构件时需求当量应力(von Mises 应力),此应力不得超过材料的许用应力。
215 车体轻量化前后的强度结果分析计算所给出的应力值都是按第四强度理论计算的等效应力。
轻量化前后车体各工况的计算结果统计比较如表1和表2所示,车体有限元强度的计算结论为:1)轻量化前,车体钢结构在静载荷作用下的最大相对位移为10195mm,发生在底架中央的横梁上,侧梁中央的最大相对位移为316mm ,轻量化前的扭转刚度为G J p =9012@1013N #mm 2/rad;轻量化后,车体钢结构在静载荷作用下的最大相对位移为13107mm,发生在底架中央的横梁上,侧梁中央的最大相对位移为5109mm ,轻量化后的扭转刚度为GJ p =10810@1013N #mm 2/rad 。
从整体来看,车体的弯曲和扭转刚度足够。
2)轻量化前,扭转载荷作用下,车体的最大当量应力为121121MPa,发生在枕梁下盖板上,其他部位的应力很小;轻量化后,扭转载荷作用下,车体的最大当量应力为12135MPa,发生在枕梁下盖板上,其他部位的应力很小。
相对组合工况的最大应力,扭转载荷作用100机 械 强 度2005年下的应力可以忽略不计。
3)TB/T1335)19965铁道车辆强度设计及试验鉴定规范6所规定的计算工况中,考虑垂向静载荷、垂向动载荷和车钩拉伸或压缩等各种载荷的组合作用。
轻量化前,最大当量应力小于低碳钢在第一工况下许用应力为164MPa的标准和耐候钢184MPa的许用应力标准;轻量化后,波纹地板的局部最大当量应力2411503MPa,未超出第一工况下0Cr18NiH材料394 MPa的许用应力标准,其他部位的应力也小于低合金钢在第一工况下许用应力216MPa的标准和耐候钢184MPa的许用应力标准。