动车组车体复合材料承载部件结构强度优化

谢素明; 张乾; 王彦翔; 薛宁鑫

doi:10.13291/j.cnki.djdxac.2025.03.006

大连交通大学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (03) : 54 -61. DOI: 10.13291/j.cnki.djdxac.2025.03.006

动车组车体复合材料承载部件结构强度优化

谢素明, 张乾, 王彦翔, 薛宁鑫

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摘要

利用超单元和结构优化相结合的技术，对动车组复合材料车体承载部件进行强度优化。首先，根据复合材料承载特点和力学特征，建立某动车组复合材料车体强度分析有限元模型。其次，在EN 12663-2014标准静态载荷工况下，车体碳纤维侧墙的最大蔡-吴失效因子仅为0.120,表明结构强度存在较大冗余。最后，通过超单元建模技术，以侧墙柔度、质量和铺层顺序为目标函数，以质量分数、蔡-吴失效因子和应变值为约束条件，对侧墙铺层方案进行优化设计，得到最佳的铺层顺序为[45°/-45°/45°/-45°/0°/45°/-45°/90°/90°/0°/90°/0°/45°/-45°]_s。优化结果显示，侧墙质量减少24.2%,最大蔡-吴失效因子提升至0.278,在满足车体静强度要求的同时，有效减少强度冗余。