毕业论文350公里动车组设备舱冷却单元的静强度分析.doc

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1、摘 要随着我国铁路第六次大提速的顺利实施，主要城市之间已经开行了200250km/h动车组。本文对即将诞生的350公里动车设备舱冷却单元的静强度分析作为参考资料有重要意义。本文首先从国内外高速列车的发展等方面介绍了高速列车、结构特点及应用，从而指出我国研制高速列车的重要意义，论述了我国高速列车的发展状况；然后介绍了有限元的基本原理；最后，利用大型有限元分析软件hypermesh建立了我国高速列车冷却单元三维几何模型及有限元模型，把冷却单元离散，运用有限元法的基本理论进行单元分析，并用ansys软件进行静强度分析计算，分别计算了超常载荷工况和模拟运营工况。最后，得出结论，予以分析讨论。 计算结果

2、表明：超常载荷工况和模拟运营工况均满足静强度设计要求，结构设计合理。可以作为350公里动车组设备舱冷却单元结构参考。关键词：高速列车；冷却单元； 有限元； hypermesh ansys软件； 静强度分析。AbstractWith Chinas railway sixth increase concenience, major cities has 200 between aristarchus 250km/h emu. This article about 350 km of the birth of dynamic cooling unit of tank car equipment st

3、atic strength analysis for reference to have the important meaning. In this paper the development of high-speed trains in both at home and abroad was reviewed high-speed trains, structure features and application, thus pointed out that our country developed high-speed trains, expounds the significan

4、ce of the development situation of our countrys high-speed train, Then introduces finite element; the basic principle of Finally, based on the large finite element analysis software hypermesh established our countrys high-speed train cooling unit three-dimensional geometrical model and the cooling u

5、nit, the finite element model of discrete, finite element method is applied to the basic theory of unit analysis, with ansys software for static strength calculation and analysis, this paper calculated respectively supernormal load condition and simulation operation conditions. Finally, draw the con

6、clusion, shall be analyzed and discussed. The calculation results show that: the supernormal load condition and simulation operation conditions are satisfied static strength design requirements, structural design is reasonable. Can be used as 350 km/h emu equipment cabin cooling unit structure refer

7、ence.Key Words：High-speed train equipment； cabin； hypermesh ansys software； static strength analysis。目 录第一章绪论31.1列车（火车）的发展历史31.2国高速铁路发展41.3国内高速列车现状51.4国外高速列车发展6第二章 基本理论介绍82.1有限元法的概述82.2有限单元分析方法的一般步骤8第三章 分析软件介绍133.1选用hypermesh的依据133.2hypermesh软件介绍133.3ansys软件介绍163.4ANSYS二次开发技术16四章 冷却舱有限元强度计算184.1有限元模

8、型184.2车体静强度分析20结论31参考文献32致 谢33第一章绪论1.1列车（火车）的发展历史 早在1804年，一个名叫德里维斯克的英国矿山技师，首先利用瓦特的蒸汽机造出了世界上第一台蒸汽机车。这是一台单一汽缸蒸汽机，能牵引5节车厢，它的时速为5至6公里。这台机车没有设计驾驶室，机车行驶时，驾驶员跟在车旁边走边驾驶。因为当时使用煤炭或木柴做燃料，所以人们都叫它“火车”，于是一直沿用至今。 在1781年，火车先驱乔治.斯蒂芬森出生在一个英国矿工家庭。直到18岁，他还是一个目不识丁的文盲。他不顾别人的嘲笑，和七八岁的孩子一起坐在课堂里学习。1810年，他开始制造蒸汽机车。1817年，当斯蒂芬森

9、决定他主持修建从利物浦到曼彻斯特的铁路线上完全用蒸汽机车承担运输任务。但是，保守的铁路拥有者却对蒸汽机车的能力表示怀疑。他们提出，在铁路边上固定的牵引机，用拖缆来牵引火车。斯蒂芬森为了让人们充分相信火车的性能，制造出了性能良好的“火箭号”机车。这种机车的卓越表现终于让怀疑者改变了态度，利物浦-曼彻斯特铁路因此成为世界上第一条完全靠蒸汽机运输的铁路线。 最早使用燃煤蒸汽动力的燃煤蒸汽机车有一个很大的缺点，就是必须在铁路沿线设置加煤、水的设施，还要在运营中耗用大量时间为机车添加煤和水。这些都很不经济。在19世纪末，许多科学家转向研究电力和燃煤蒸汽机车。 世界上第一列真正在轨上行驶的蒸汽火车是由康瓦

10、耳的工程师查理特里维西克所设计的。 它的火车有四个动力轮，1840年2月22日试车，空车时，时速20公里，载重时，每小时8公里(相当于人快步行走的速度)。 不幸，火车的重量压垮了铁轨。 电力机车1879年，德国西门子电气公司研制了第一台电力机车，重约954公斤，只在一次柏林贸易展览会上做了一次表演。1903年10月27日，西门子与通用电气公司研制的第一台实用电力机车投入使用。其时速达到200公里。 燃油机车1894年，德国研制成功了第一台汽油内燃机车。并将它应用于铁路运输，开创了内燃机车的新纪元。但这种机车烧汽油，耗费太高，不易推广。 1924年，德、美、法等国成功研制了柴油内燃机车，并在世界

11、上得到广泛使用。 1941年，瑞士研制成功新型的燃油汽轮机车，以柴油为燃料。且结构简单、震动小、运行性能好，因而，在工业国家普遍采用。 20世纪60年代以来，各国都大力发展高速列车，例如法国巴黎至里昂的高速列车，时速到达260公里；日本东京至大阪的高速列车时这也达到200公里以上。 人们对这样的高速列车仍不满足。法国、日本等国率先开发了磁悬浮列车。我国也正在上海修建世界第一条商用磁悬浮列车线。这种列车悬浮于轨道之上，时速可达400500公里。1.2国高速铁路发展我国高速铁路技术发展迅猛，自主创新动车组不断升级。今年，我国铁路将进一步深化机车车辆技术创新，利用动车组技术的现有平台，加快新一代高速

12、动车组研发，在高速轮轨关系、弓网关系、空气动力学性能、牵引制动等方面推进技术创新，确保年内新一代高速动车组下线，完成综合性能试验。近日召开的全国铁路工作会议上透露，铁路部门将于今年继续围绕高速铁路建设运营和技术装备现代化，深化关键技术创新，扩大技术创新成果，完善铁路技术创新体系，搞好技术成果的运用。据了解，2010年我国铁路将充分利用京津城际铁路、武广高速铁路等技术创新成果，对京沪高速铁路等在建重点工程技术进行深化完善，全面掌握长大桥梁及特殊桥梁的关键技术，完善无砟轨道和高速道岔设计、制造、施工技术，进一步提升高速铁路建造水平。开展时速350公里及以上CTCS-3级列控系统的适应性研究，完成系

13、统的互联互通，加快仿真试验室建设，健全CTCS-3级列控系统技术体系。深化客运专线系统集成技术，适时启动京沪高速铁路先导段综合试验。推进客运专线运营管理技术创新，全面开展基础设施养护维修技术研究，完善动车组等移动设备检测监测技术，提高动车组运行维护质量。加快国家级研究实验平台建设，年内建成高速铁路建造技术、轨道交通运行控制、高速铁路系统试验等国家级实验平台，为高速铁路基础理论研究和关键技术攻关提供支撑。有关负责人在接受记者采访时说，在加速发展新一代高速动车组研发的同时，有关机车车辆制造部门还将进一步完善和谐型大功率机车技术，提高设计和制造水平。开展客运专线电力驱动大型养路机械、道岔稳定设备等先

14、进技术装备的研制，丰富大型养路机械产品系列，提升大型养路机械技术创新水平。我国铁路信息化步伐也有所加快。据介绍，以运输组织、客货营销和经营管理三大领域为重点，推进信息化主要项目建设。加快客运专线运营调度、客运服务系统和动车组检修基地、基础设施维修基地信息化建设，优化列车调度指挥系统（TDCS）和调度集中系统（CTC）应用功能，完成运输调度管理系统（TDMS）升级改造。推进货物运单和货票的信息化，提高货运安全检测监控系统应用质量，完成主要干线车辆运行安全监控系统（5T）建设。加快实施铁路客票发售与预订系统（V5.2）、站车客运信息无线交互系统，推进铁路客户服务中心建设。强化铁路通信网络，建成上海

15、、哈尔滨、沈阳、南昌、成都GSM-R核心节点。加强网络与信息安全管理，采取先进的技术和手段防范各类风险。优化铁路信息资源配置，推进硬件、信息、网络和公用基础信息共享。完善铁路信息系统运行维护机制，促进运行维护标准化、规范化。更让人期待的是，我国将建立健全铁路技术标准体系。据全国铁路工作会议透露，我国铁路将对高速铁路建设和运营管理经验进行系统总结，完善高速铁路工程建设、动车组制造、设备养护维修、运输组织指挥、旅客服务等技术和管理标准，形成具有我国铁路特色的高速铁路技术标准体系。依法做好知识产权保护工作，成熟一批申报一批，严防对我国铁路知识产权的侵权行为。加强我国铁路技术标准的国际交流，积极参与国

16、际标准制定。1.3国内高速列车现状时速200公里以上的和谐号动车组（简称CRH，意为中国高速列车）首次出现在国人面前，平均每天有近20万旅客乘坐。 然而，由于外型与欧洲、日本高速列车相近，CRH自从开行以来也受到质疑。”中国铁路争议中面临选择，从时速160公里提高到时速200公里以上，是一次质的飞跃列车控制系统、牵引制动系统、车体外型、系统集成等都要因为这40公里时速的提升而做出质的改变。早在上世纪90年代，中国就已经开始摸索制造高速列车，但始终没有从根本上解决问题。与汽车等其他行业相比，世界上的高速列车制造厂商算是比较少的，目前只有德国的西门子、法国的阿尔斯通、加拿大的庞巴迪和日本的川崎四家

17、。谁也不愿失去中国这个庞大的高速列车市场。中国北车通过技术引进消化吸收再创新，研制的时速350公里动车组是环保、节能、高技术、高附加值的产品，创造了时速394.3公里的“中华第一速”。作为我国高速客运铁路网的主型车，“北车制造”时速350公里动车组已在京津城际铁路累计安全、可靠运营逾500万公里，并在武广客运专线完成了长时间连续运营试验，将武广铁路运营时间由10个多小时缩短至3小时左右。截至2009年，我国铁路运营里程达到8.6万公里，位居世界第二。按照国际通行的定义，其中投入运营的高速铁路已经达到6552营业公里，时速200至350公里的高速铁路有3676营业公里特别之处一：一列可装载乘客千

18、人 矿泉水瓶倒置不会倒时速350公里的武广客运专线和谐号动车组都是国产的，而这些列车到底是什么样的呢?目前测试的动车组既有像日本新干线那样的子弹头，也有略短的像鲸鱼头一般的机头。而一列有八节车厢，共可载客1000人左右。在先期测试中，考虑到春运等乘客量较大时期的需求而将两列车合并运行测试的。而之所以叫动车组，就是因为除了机头牵动，其他车厢也可以自带动力。特别之处二 ：速度：3小时可从武汉到广州开通初期的G1001次从武汉到广州只需不到3个小时，9时从武汉站开出，11点57分到达广州北站，这显示，该车计划开行3个小时，就可以从武汉到达广州，比京广线缩短10个小时左右。2009年12月19日下午6

19、点整，武广沿线各销售点开始出售武广客运专线火车票，2009年12月26日正式投入使用。特别之处三 轨道：积累经验日德技术都上场武广客运专线采用的是无砟轨道这种当今世界先进的轨道技术。其轨枕由混凝土浇灌而成，路基也不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上，减少维护、降低粉尘、美化环境，可适应时速达到200公里以上的高速列车。而目前除了中国，日本、德国都有适合自身的轨道技术。据介绍，日本的轨道为了适应多地震的情况，采用板式轨道，在真正的轨道板下还要铺设两层基础层，以便地震等破坏情况发生后，减震并且只需抽取基础层，轨道板仍可继续使用;而德国轨道铺设技术简便，采用双块式，轨道两边两块，中间用水泥混凝土连

20、接，“技术实施简单”。“为了今后中国高铁建设，武广线上多处轮番使用这两种轨道技术，以便积累经验，看看哪种技术更适合中国那一类的地质地理情况，仅在花都就铺设有这两种轨道。” 特别之处四 钢轨：采用科学方法，合理施工造就无缝轨道武广客运专线在用的是超长钢轨，而非普通的25米钢轨。由于钢材料的体积受温度影响大，即所谓的热胀冷缩，一般情况下采用的是25米规格钢轨，并且在接缝处留有一定的缝隙。这就导致了列车在行驶过程中会由于钢轨接缝而颠簸。而武广客运专线为平均时速340千米每小时的快速客运专线，列车经过时哪怕是0.5厘米的凸起或缝隙都会造成极大的危险。所以武广客运专线在设计时便采用超长无缝钢轨，在适宜温

21、度内施工（如长沙为1725摄氏度），尽量避免减少温度对钢轨的影响，并且在钢轨下方设置有调节钢轨长度的混凝土块，保证了超长钢轨接缝处变化不超0.1厘米，从而保证了列车的安全和乘客乘车的舒适性。1.4国外高速列车发展高速列车作为高速铁路新技术的核心，其技术进展更是日新日异，进入21世纪以来，高速列车最具综合性的技术指标最高运行速度已从300km/h提升到350km/h。法国第四代AGV绞接型动力分散式高速动车组，最高运行速度350km/h，已于2002年底投入试运行；德国为西班牙设计的ICE350E独立型动力分散式高速动车组，最高运行速度也已达350km/h，样车目前已经问世；Talgo350型高

22、速列车是西班牙与庞巴迪公司合作研制的新型高速倾摆式动车组，最高运行速度350km/h，2002年在西班牙高速线路上投入试验；韩国在引进KTX高速列车基础上，又自主研究开发了KHST新型高速动车组，样车也已问世，最高运行速度350km/h。日本E2-1000系高速动车组2002年经过改进与试验，可以达到最高运行速度360km/h的目标，期望与航空竞争中处于优势地位。2003年，日本800系高速列车也已问世，各项性能指标有新的进展，将在2004年3月九州新干线开通时投入运营。第二章 基本理论介绍2.1有限元法的概述目前在工程实际应用中，常用的数值求解方法有：有限单元法、有限差分法、边界单元法和加权

23、残数法等。但是从实用性和使用范围来说，有限单元法则是随着计算机的发展而被广泛应用的一种有效的数值计算方法。有限单元法作为CAE的核心，是CAE应用中最广泛、最成熟的方法。其基本思想的提出可追溯到1943年，数学家Courant第一次应用定义在三角区域上的分片连续函数的最小位能原理来求解St.Venant扭转问题。现代有限单元法的第一个成功尝试是在1956年，Turner，Clough等人在分析飞机结构时，将钢架位移法推广应用于弹性力学平面问题，第一次给出了用三角形单元求解平面应力问题的正确答案。1960年，Clough进一步处理了平面弹性问题，并第一次提出了“有限单元（Finite Eleme

24、nt）法”，使人们认识到它的功效。在20世纪60年代末70年代初，有限单元法在理论上已基本成熟，并开始陆续出现商业化的有限元分析软件。有限单元法的基本思想是将连续的结构离散成有限个单元，并在每一个单元设定有限个节点，将连续体看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体；同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单元中假设一近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律；进而利用力学中的某些变分原理去建立用以求节点未知量的有限元法方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的有限自由度问题。一经求解就可以利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数。由于单元可以设计成不同

25、的几何形状，因而可灵活地模拟和逼近复杂的求解域。显然，如果插值函数满足一定要求，随着单元数目的增加，解的精度会不断提高而最终收敛于问题的精确解。虽然从理论上说，无限制的增加单元的数目可以使数值分析解最终收敛于问题的精确解，但是这却增加了计算机计算所耗费的时间。在实际工程应用中，只要所得的数据能够满足工程需要就足够了，因此，有限元分析方法的基本策略就是在分析的精度和分析的时间上找到一个最佳平衡点2.2有限单元分析方法的一般步骤有限单元法的基本思想是将物体离散成有限个且按一定方式相互联结在一起的单元的组合，来模拟或逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的一种数

26、值分析法。物体被离散后，通过对其中各个单元进行单元分析，最终得到对整个物体的分析。网格划分中每一个小的块体称为单元。确定单元形状、单元之间相互联结的点称为结点。单元上结点处的结构内力为结点力。外力（有集中力、分布力等）为结点载荷。有限单元法分析的一般步骤主要分为以下几个过程：2.2.1结构离散化结构离散化是将结构分成有限个小的单元体，单元与单元、单元与边界之间通过结点连接。结构的离散化是有限单元法分析的第一步，关系到计算精度与计算效率，是有限单元法的基础步骤，包含以下三个方面的内容：（1）单元类型选择。离散化首先要选定单元类型，这包括单元形状、单元结点数与结点自由度等三个方面的内容。（2）单元

27、划分。划分单元时应注意以下几点：网格划分越细，结点越多，计算结果越精确。网格加密到一定程度后计算精度的提高就不明显，对应力应变变化平缓的区域不必要细分网格。单元形态应尽可能接近相应的正多边形或正多面体，如三角形单元三边应尽量接近，且不出现钝角；矩阵单元长宽不宜相差过大等。单元结点应与相邻单元结点相连接，不能置于相邻单元边界上。同一单元由同一种材料构成。网格划分应尽可能有规律，以利于计算机自动生成网格。（3）结点编码。2.2.2单元分析通过对单元的力学分析建立单元刚度矩阵。2.3有限元分析方法车辆在运行中会产生复杂的振动现象，基于有限元理论和振动理论，多个自由度比例阻尼系统的运动微分方程为： (

28、2.1)式中：是刚度矩阵；是质量矩阵；是阻尼矩阵；是节点力向量。车辆结构是一个复杂的结构，它可以划分为许多单元，每一个单元的主要力学行为（位移、应力、应变等）都可由此单元边上节点的位移来描述。于是整个结构的力学行为可以由所有节点的位移来描述。这种未知的位移通常有几千、几万甚至几十万个。因此必须应用计算机，借助于矩阵代数的数学工具才能求出所有节点上的数值解。显然，一个最基本的问题是研究如何将单元的力学行为用它边界上的位移来表示，其核心就是建立单元的刚度矩阵。对动力问题来说，还应建立质量矩阵和阻尼矩阵。下面介绍弹性体运动方程的建立过程。虚功原理表示为如下形式 (2.2)其中，为由虚位移所引起的结构

29、应变能的改变，为作用在结构上的外力在虚位移上所作的虚功，为惯性力所做的虚功。对于离散弹性体中的任意有限元，假定单元中任一点的位移列向量为： (2.3)在动力问题中，位移u、v、w均为时间的函数，对于线性弹性体，单元应变能为 (2.4)其中Ve为单元体积；为单元应力列向量；为单元应变列向量；D为弹性常数矩阵；根据达朗贝尔原理，单元中单位体积的惯性力可表示为： (2.5)其中是材料的密度，为加速度列向量，因此整个单元的惯性力所做的虚功就可表示为 (2.6)另外，单元还可能受到如下三种类型的外力的作用，分别为：阻尼力、体积力和表面力。采用粘滞阻尼假定，若c为粘滞阻尼系数，则单元内单位体积的阻尼力为：

30、 (2.7)其中为速度列向量。单元外力虚功可表示为： (2.8)其中，Fv为单元体积列向量；Fs为表面力向量；根据有限元理论，单元位移场可由出口节点位移来表示，即 (2.9)式中，d是单元出口节点位移列向量，N是形函数矩阵，因此，单元速度场和加速度场可分别表示为 (2.10) (2.11)单元应变场和单元出口位移列向量的关系为 (2.12)其中B是应变位移转换矩阵。将式(1.36)(1.40)代入上面、及的表达式中，有： (2.13) (2.14)(2.15)对单元应变能进行变分，并利用弹性常数D的对称性，有 (2.16)将式（1.42）（1.44）代入虚功原理表达式（1.29）中，有(2.1

31、7)引入下列符号：(2.18)(2.19) (2.20) (2.21)是单元刚度矩阵；是单元质量矩阵；是单元阻尼矩阵；是单元节点力向量。代入式(1.45)并整理得： (2.22)式（2.22）即为结构中任一有限元的运动微分方程式。单元刚度阵、质量阵和阻尼阵往往是在特定的局部坐标系统中描述的，不能直接用于结构总刚度矩阵、总质量阵和总阻尼阵的装配，所以推导出总体坐标中的单元刚度阵、质量阵、阻尼阵及外力列向量分别为： ；是单元出口节点位移向量在局部坐标系和整体坐标系之间的转换阵。如此便可组装总刚度阵、质量阵、阻尼阵及节点力向量。假定结构有p个单元，节点位移总数为n，结构总位移向量为对应的单元刚度阵、

32、质量阵、阻尼阵及节点力向量都扩展为n维，分别记为、和，则总体刚度阵、质量阵、阻尼阵及节点力向量可写为：则整个结构体系的运动方程则可表达为式（2.1）：一般来讲，实际的工程结构总是有约束的，而且边界条件非常复杂，总位移向量D中的位移不都是独立的。阻尼也是影响结构动力响应的重要因素。由于在实际工程中，粘滞阻尼的分布是无法确定的，对于均质材料结构，一般可采用正交阻尼阵。第三章 分析软件介绍3.1选用hypermesh的依据目前能够进行静力学分析的工具比较多，有自己编写程序的，也有许多比较先进的有限元分析软件，如I-DEAS、ANSYS等，所以选择分析软件也是一个比较重要的环节。进行静力学分析计算首先

33、要建立计算模型，对于转向架结构来讲，结构比较复杂。ANSYS软件建模功能不是十分方便，考虑到计算机的性能等方面因素，比较费时。最好就是选择一个具有建模功能强大，并且能够进行有限元分析的软件，而hypermesh软件充分具备了这样的条件。后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上。3.2hypermesh软件介绍Hyperme

34、sh软件是美国Altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。在CAE领域, Hypermesh最著名的特点是它所具有的强大的有限元网格前处理功能和后处理功能。一般来说，CAE分析工程师80的时间都花费在了有限元模型的建立和修改上，而真正的分析求解时间是消耗在计算机工组站上的，所以采用一个功能强大，使用方便灵活，并能够与众多CAD系统和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。 Hy

35、perMesh®是一个高性能的有限元前后处理器，它能让CAE分析工程师在高度交互及可视化的环境下进行仿真分析工作。与其他的有限元前后处理器比较，HyperMesh的图形用户界面易于学习，特别是它支持直接输入已有的三维CAD几何模型(UG,Pro/E,CATIA等)已有的有限元模型，并且导入的效率和模型质量都很高，可以大大减少很多重复性的工作，使得CAE分析工程师能够投入更多的精力和时间到分析计算工作上去。同样，Hypermesh也具有先进的后处理功能，可以保证形象地表现各种各样的复杂的仿真结果，如云图，曲线标和动画等。 在处理几何模型和有限元网格的效率和质量方面，HyperMesh具有

36、很好的速度，适应性和可定制性，并且模型规模没有软件限制。其他很多有限元前处理软件对于一些复杂的，大规模的模型在读取数据时候，需要很长时间，而且很多情况下并不能够成功导入模型，这样后续的CAE分析工作就无法进行；而如果采用Hypermesh，其强大的几何处理能力使得Hypermesh可以很快的读取那些结构非常复杂，规模非常大的模型数据，从而大大提高了CAE分析工程师的工作效率，也使得很多应用其他前后处理软件很难或者不能解决的问题变得迎刃而解。 以下是HyperMesh软件与其他有限元分析前处理软件比较时所具有的鲜明的特点：1总体优势 通过高性能的有限元建模和后处理大大缩短工程分析的周期。 Hyp

37、ermesh具有很高的有限元网格划分和处理效率，应用Hypermesh可以大大提高CAE分析工程师的效率； 直观的图形用户界面和先进的特性减少学习的时间并提高效率。 Hypermesh学习非常简单，它所具有的非常简洁和方便的用户界面大大节省里用户学习Hypermesh所需要的时间。一般具有一定CAE分析经验的工程师，只需要2周就可以熟练地应用Hypermsh进行实际工程问题的分析计算。直接输入CAD几何模型及有限元模型，减少用于建模的重复工作和费用。高速度、高质量的自动网格划分极大地简化复杂几何的有限元建模过程。在一个集成的系统内支持范围广泛的求解器，确保在任何特定的情形下都能使用适用的求解器

38、。极高的性价比使您的软件投资得到最好的回报。高度可定制性更进一步提高效率。定制HyperMesh使其适合您的环境，提高您的效率 宏：用户可以创建宏以自动运行一系列操作。定制用户界面：通过简便的步骤重新布置HyperMesh菜单系统 输出模板：通过模板可以将HyperMesh数据输出为其他求解器和程序可读的格式。输入转换器：通过增加您自己的输入转换器，可以扩展HyperMesh对其他分析软件数据的支持。结果转换器：应用提供的工具可以创建专用的转换器，将特殊的分析结果转化成HyperMesh结果格式。2CAD接口及几何模型整理 HyperMesh具有工业界主要的CAD数据格式接口。可以直接把已经生

39、成的三维 实体模型导入到Hypermesh中，而且一般导入的模型的质量都很高，基本上不 太需要对模型进行修复，这样就大大方便了CAE工程师对模型的处理 Hypermesh与各种CAD软件具有良好的集成性，可以集成的CAD图形标准如下： （Hypermesh的最新版本与这些CAD系统的最新版本保持兼容。） UG（可以直接读取UG/NX和UG/18生成的几何实体） Pro/E（可以直接读取Pro/E野火版生成的几何实体） CATIA（HP，IBM，WIN，SUN，SGI）V5.0版本 ACIS DESDXF I-DEAS IGES INCA PATRAN PDGS VDAFS 等 Hypermes

40、h还包含一系列工具，用于整理和改进输入的几何模型。输入的几何模型可能会有间隙、重叠和缺损，这些会妨碍高质量网格的自动划分。通过消除缺损和孔，以及压缩相邻曲面的边界等，您可以在模型内更大、更合理的区域划分网格，从而提高网格划分的总体速度和质量。同时具有云图显示网格质量、单元质量跟踪检查等方便的工具，可以及时检查并改进网格质量。 3 模型的创建和编辑 在建立和编辑模型方面，HyperMesh提供用户一整套高度先进、完善的、易于使用的工具包。对于2D和3D建模，用户可以使用各种网格生成模板以及强大的自动网格划分模块。 HyperMesh的自动网格划分模块提供用户一个智能的网格生成工具，同时可以交互调

41、整每一个曲面或边界的网格参数，包括单元密度，单元长度变化趋势，网格划分算法等等。 HyperMesh也可以快速地用高质量的一阶或二阶四面体单元自动划分封闭的区域。四面体自动网格划分模块应用强大的AFLR算法。用户可以根据结构和CFD建模需要来单元增长选项，选择浮动或固定边界三角形单元和重新划分局部区域。 4强大的后处理功能 HyperMesh提供完备的后处理功能组件，让您轻松、准确地理解并表达复杂的仿真结果。 HyperMesh具有完善的可视化功能，使用等值面、变形、云图、瞬变、矢量图和截面云图等表现结果。它也支持变形、线性、复合以及瞬变动画显示。另外可以直接生成BMP、JPG、EPS、TIF

42、F等格式的图形文件及通用的动画格式。这些特性结合友好的用户界面使您迅速找到问题所在，同时有助于缩短评估结果的过程。 5求解器接口 HyperMesh支持很多不同的求解器输入输出格式，这样在利用Hypermesh划分好模型的有限元网格后，可以直接把计算模型转化成不同的求解器文件格式，从而利用相应的求解器进行计算。Hypermesh所具有的非常良好的求解器接口功能，使得Hypermesh可以作为企业统一的CAE应用平台，即统一利用Hypermsh进行网格划分，然后对于不同的问题利用不同的求解器进行求解，这样CAE工程师也可以很方便的进行数据文件的管理，可以大大提高分析效率。3.3ansys软件介绍

43、ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。 它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE工具之一3.4ANSYS二次开发技术ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体，以有限元分析为基础的大型通用CAE软件，自1970年创建以来，至今己经发展到了ANSYS11.0新版本。其前后处理能力，得到了大幅度的改进与扩充，使得ANSYS软件在功能、性能、易用性、可靠性以及

44、对运行环境的适应性方面，基本上满足了用户的当前需求。ANSYS作为一个功能强大、应用广泛的有限元分析程序，它除了具有较为完善的前处理器、强大的求解器、方便的后处理器功能外，同时它还具有良好的开放性，用户可以根据自身的需要在标准ANSYS版本上进行功能扩充和系统集成，生成具有行业分析特点和符合用户需要的用户版本的ANSYS程序。开发功能包括以下部分组成：参数化程序设计语言（APDL）用户界面设计语言（UIDL）用户程序特性（UPFs）数据接口其中APDL（ANSYS Parametric Design Language）是一种非常类似于Fortran77的参数化设计解释性语言，提供一般程序语言的

45、功能，如宏、参数、标量、向量及矩阵的一般运算，函数流程控制（循环判断），重复执行命令、用户程序，以及访问ANSYS有限元数据库等，另外还提供简单界面定制功能，实现参数交互输入、消息机制、界面驱动和运行应用程序等；UIDL（User Interface Design Language）是ANSYS为用户提供专门进行程序界面设计的语言，允许用户改变ANSYS的图形用户界面中的一些组项，提供了一种允许用户灵活使用、组织设计ANSYS图形用户界面的强有力工具；UPFs（User Programmable Features）提供了一套Fortran77函数和例程以扩展或修改程序的功能，该项技术充分显示了

46、ANSYS的开放体系，用户不仅可以采用它将ANSYS程序剪裁成符合自己所需的任何形式（如可以定义一种新的材料，一个新的单元或者给出一种新的屈服准则），而且还可以编写自己的优化算法，通过将整个ANSYS作为一个子程序调用的方式实现。ANSYS数据接口技术，使得ANSYS能更好的和其它软件融会贯通21-23。近几年来，ANSYS软件在国内外工程建设和科学研究中得到了广泛的应用。但这些应用大多局限于直接运用ANSYS软件进行实际工程分析，对利用ANSYS提供的二次开发工具进行有限元软件设计却很少涉及。本文利用ANSYS软件的二次开发功能，运用APDL语言、UIDL语言对ANSYS进行二次开发，编制了转向架焊接构件疲劳分析程序。四章 冷却舱有限元强度计算4.1有限元模型本次计算对象为设备仓的一部分，因结构对称，对该结构的一半建立有限元模型，有限元模型构成以任意四节点薄壳单元为主，三节点薄壳单元为辅，模型共划分为251617个节点，249881个单元，图5-3-1图1-2给出相应的有限元模型网格图。图5-3-1整体有限元模型（a）局部视图1（b）局部视图2c）局部视图3图5-3-2 局部有限元模型4.2车体静强度分析4.2.1载荷工况及边界条件按照工厂计算任务书要求，本次计算工况有4种，各载荷工况如下：计算工况1: 群板施加6KPa的压强，地板施加3KPa的压强。计算工况2：