【机情无限 精彩毕设】机械2025届毕业设计（论文）中期检查优秀案例分享第六期——动车组蜂窝夹芯复合材料枕梁设计与强度校核

学生姓名：刘俊博

班    级：车辆2021-05班

指导教师：杨旭锋

毕设题目：动车组蜂窝夹芯复合材料枕梁设计与强度校核

一、概况

1.选题意义

2020年我国提出了“双碳”战略，进一步对各行各业提出了节能减排的明确要求。在轨道运输领域，“十四五”规划明确指出要提升城际及市域（郊）装备轻量化、智能化、绿色化技术水平，因此，轨道交通车辆减重的要求日益迫切。

传统轨道交通车辆结构主要采用碳素钢、不锈钢以及铝合金等材料，与这些传统材料相比，复合材料蜂窝夹芯结构具有质量轻、强度高的优势，相同条件下，采用复合材料蜂窝夹芯结构设计的结构质量显著低于其他材料的设计。

如果能够将复合材料蜂窝夹芯结构成熟运用于轨道交通领域，不仅能极大减少能源消耗和碳排放，同时还能提高轨道交通车辆的综合性能指标，并有望系统地解决金属材料应用过程中常见的轻量化、环境适应性等方面的问题。本选题采用蜂窝夹芯复合材料设计动车组轨道车辆枕梁结构并对其进行强度校核，探索相关方案的可行性，具有十分重要的意义。

2.任务分解

选题总体任务是采用蜂窝夹芯复合材料对动车组轨道车辆枕梁结构进行设计，并在设计的基础上，进行枕梁结构的强度分析，最终撰写出毕业设计论文，具体任务分解如下：

（1）收集并阅读国内外有关复合材料蜂窝夹芯结构以及复合材料在轨道交通枕梁中的应用的科技文献资料，了解选题相关技术的国内外发展趋势，最后完成科技文献翻译（不少于8000字符）。

（2）在结构设计方面，本毕设以高速动车组的原转向架枕梁结构为主要参照，在原有基础上，采用复合材料蜂窝夹芯结构对其进行改进设计，使用SOLIDWORKS 建模软件建立新枕梁的三维模型，最后完成A0图纸两张。

（3）在强度分析方面，本毕设要学习蜂窝夹芯复合材料结构强度分析的基本理论和强度校核方法，最后通过有限元软件建立枕梁结构的有限元模型，进行强度分析。

（4）最后要完成毕业设计论文的撰写，主要阐述蜂窝夹芯复合材料枕梁设计方案的可行性与合理性以及整个结构设计与强度分析过程。

二、已完成工作

（1）在查阅相关国内外文献资料后，完成了有关复合材料蜂窝夹芯结构科技文献的翻译工作，部分内容展示如下：

图1 文献翻译的部分内容展示

（2）完成了蜂窝夹芯复合材料枕梁结构的设计任务，并用SOLIDWORKS完成了对新枕梁模型的建立，新枕梁模型主要由上下盖板、蜂窝壁板、蜂窝内芯以及抗扭支座等组件组成。

图2 复合材料蜂窝夹芯结构枕梁模型（含装配）

结构的主要设计思路是采用碳纤维材料的层合板优化设计枕梁的上下盖板，作为面板。采用正六边形的铝蜂窝结构作为芯材。在保证不影响枕梁正常功能使用的前提下，尝试用铝蜂窝结构替代枕梁内部用于支撑承载的工字梁、支撑架等组件。同时，必要的时候，在部分区域可以填充硬质泡沫等。

图3 复合材料蜂窝夹芯结构枕梁内部细节结构图

（3）初步开展了枕梁结构的强度校核工作。选用了Hypermesh作为有限元分析软件，导入SOLIDWORKS三维模型后，进行了中面抽取、几何修复以及定义材料等操作。其中面板采用碳纤维环氧树脂复合材料，蜂窝采用铝合金，单元均定义为壳单元。

图4 枕梁有限元模型部分前处理展示

三、下一步工作计划

1.继续完成强度分析的后续工作，包括定义复合材料铺层、设定边界条件与载荷工况以及最后求解计算等工作。

2.强度校核通过后，完成复合材料蜂窝夹芯结构枕梁的A0图纸两张。

3.撰写毕业设计论文，主要阐述蜂窝夹芯复合材料枕梁设计方案的可行性与合理性以及整个结构设计与强度分析过程。    

  问题一：复合材料蜂窝夹芯结构是否具有比刚度高的特性？那么对于轨道交通动车组枕梁而言，是否刚度越大越好？

  回答：是的，复合材料蜂窝夹芯结构确实具有比刚度高的特性。但对于轨道交通动车组枕梁而言，并非刚度越大越好。若刚度过大，可能导致振动传递加剧、影响乘坐舒适性等问题。但枕梁的最优刚度可以通过仿真分析、试验验证，再结合工程实际需求来综合确定。

  问题二：枕梁的有限元模型是否有些复杂，未来计划能否按时完成？

  回答：是的，复合材料蜂窝夹芯结构的有限元模型确实有点复杂，后续可以在某些地方进行简化，多多和导师和师兄沟通，我认为未来计划可以按时完成。

毕业设计的中期答辩终于告一段落，同时，这也意味着接下来完成毕设设计工作的时间所剩也不多了。但现在回想起来过去的几个月里，自己所做的有关毕业设计的工作，真是让人受益匪浅，我有了很多的收获以及体会。

首先，这次毕业设计使我掌握了主要文献检索工具的使用方法，例如，利用咱们学校的图书馆官网进行文献的高级检索，就能很容易找到自己想要的文献资料。同时，科技文献翻译工作又锻炼了我的英语阅读和归纳总结能力。

其次，此次毕业设计还培养了我的创新能力，我通过查阅各种专利论文，在科学的理论和思想下，对现有的动车组转向架联系枕梁结构进行创新。同时，整个毕业设计中的高标准，使我在整个设计环节中都能追求创新。

最后，我也深刻体会到了合作的重要性，我们只有与人合作、吸取他人的优点，才能不断完善自己、不断进步。像我在完成毕业设计的过程中，有些时候遇到一些问题，自己怎么也解决不了，可是当我向他人求助，遇到的难题一下就解决了，这使我意识到与他人合作是很重要的！

当然，我的毕业设计工作还没结束，此次中期答辩起到了很好的指导作用，未来我将在导师和同学们的帮助下，圆满完成我的毕业设计！