地铁车头流线型设计与车头内部框架结构动态优化

• 作 者: 张伟
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 地铁列车 车头结构 流线型设计 空气动力学 拓扑优化 流场计算

地铁是城市轨道交通装备的重要组成部分，它体现出一个国家的工业技术水平，同时也可反映出一个国家的人文特征。流线型设计是近代出现的一种工业造型理念。在二十世纪，这种设计风格被看作是速度、精密和效率的象征，广泛用于飞机、汽车、列车和轮船的外形设计。随着列车速度的提高，列车造型的发展主要围绕空气动力学应用，车身结构整体化、轻量化和机构优化等方面展开。
车头部分除了具有流线型美学设计，其内部结构还必须符合结构设计的要求。在这方面国外进行了许多的研究和探索，尤其是在车头结构设计中关键小件的处理上。目前，国内在对车头的造型设计和结构设计方面结合得不很完善，尤其是内部骨架的设计停留在传统的静态设计理论上，动态设计的理论应用较少。本文主要就是研究基于车头流线外形的司机室骨架结构动态优化，具体工作分为以下几个方面：
(1).应用造型设计原理，根据列车气动设计指标，结合城市特点提出并设计出三种不同风格的列车车头流线型造型设计方案。
(2).运用列车空气动力学原理并对不同的列车造型方案进行空气动力学和流场仿真计算，完善列车的车头造型设计同时为列车车头的框架结构设计提供设计依据。
(3).依据车头空气动力学和流场计算结果，提出了拓扑优化中分布载荷施加方法，并运用基于应力分布情况下车头框架拓扑优化与基于动态车头框架拓扑优化相结合的方法对地铁车头框架进行了优化设计。