新型城市轨道交通车辆切削式防爬器研究

[目的]当前,切削式防爬器存在切削初始峰值力过高问题,会出现刀具脱落或断裂,造成防爬器失效的情况。而且,既有双切削式防爬器极易出现内部切屑在管内堆积的情况。因此需对新型城市轨道交通车辆切削式防爬器进行研究。[方法]先建立切削式防爬器的有限元模型,通过将切削式防爬器的切削力、碰撞吸能仿真结果同相关文献的试验结果对比,验证有限元模型模拟方法的准确性。介绍蜂窝切削复合式防爬器和改进的内外双切削式防爬器的工作原理,并通过有限元模型的模拟计算,分析两种新型切削式防爬器的切削性能。[结果及结论]在切削式防爬器出现初始峰值力的位置设置诱导槽,可以有效地降低该峰值力;诱导槽的深度不小于切削深度效果更佳;诱导槽的宽度过大,会导致二次峰值力的增加,且刀具通过该诱导槽之后切削力会出现较大波动。与传统的抽屉式蜂窝防爬器相比,蜂窝切削复合式防爬器不仅吸能能力极为优秀,还能更换部件,具有可重复利用的特性。新型内外双切削式防爬器能将切屑从管内顺利排出,从而避免了切屑堆积。对比单切削式的防爬器,新型内外双切削式防爬器的吸能性能更优。     

一种新型切削式防爬器研究北大核心

为了达到高速列车碰撞过程中整车的均布吸能,实现列车各车辆同时参与碰撞吸能,提高车辆耐撞性的目的,针对现有切削式防爬器实际应用情况设计了一种切削厚度随切削行程渐变、切削行程可控的新型切削式防爬器;采用有限元软件LS-DYNA对防爬器切削吸能过程进行了数值仿真,研究了初始切削厚度对整个切削吸能过程的影响;开展了防爬器碰撞冲击试验,考察了防爬器的缓冲吸能特性,并与数值分析结果进行了对比。结果表明,当初始切削厚度较薄时,切屑呈螺旋状,卷曲曲率较小,初始峰值力较低,切削过程更稳定。由于切削行程和厚度的可调节,实现了在碰撞过程中界面力在一定范围内可控,有利于保护车体及乘员的安全。     

刨削式防爬器的吸能特性及防爬性能研究

刨削式防爬器的防爬性能直接影响其吸能的稳定性。基于EN 15227:2020《铁路应用-铁路车辆车体的耐撞性要求》,采用LS-DYNA软件的大变形碰撞仿真分析技术建立有限元模型，对刨削式防爬器的吸能特性和防爬性能进行研究，再通过刚性墙碰撞试验验证刨削力与压缩行程的关系，通过垂向加载试验测量残余塑性变形进而验证防爬器的防爬性能。研究表明：刨削式防爬器的吸能特性及防爬性能良好；仿真分析与试验结果误差在20%以内，具有较好的一致性，仿真分析结果真实可信，防爬性能研究方法实用可行。     

一种新型切削式防爬器研究

为了达到高速列车碰撞过程中整车的均布吸能,实现列车各车辆同时参与碰撞吸能,提高车辆耐撞性的目的,针对现有切削式防爬器实际应用情况设计了一种切削厚度随切削行程渐变、切削行程可控的新型切削式防爬器;采用有限元软件LS-DYNA对防爬器切削吸能过程进行了数值仿真,研究了初始切削厚度对整个切削吸能过程的影响;开展了防爬器碰撞冲击试验,考察了防爬器的缓冲吸能特性,并与数值分析结果进行了对比。结果表明,当初始切削厚度较薄时,切屑呈螺旋状,卷曲曲率较小,初始峰值力较低,切削过程更稳定。由于切削行程和厚度的可调节,实现了在碰撞过程中界面力在一定范围内可控,有利于保护车体及乘员的安全。     

有轨电车防爬吸能装置斜向撞击障碍物仿真分析

有轨电车在近些年因其诸多优点在众多城市得以兴建和运营，但因无独立路权等原因，有轨电车易与社会车辆等障碍物发生碰撞，斜向撞击即是典型的一种碰撞场景。防爬吸能装置能够吸收有轨电车碰撞的能量，对降低财产损失和人员伤亡具有重要现实意义。文章针对有轨电车防爬吸能装置斜向撞击障碍物试验实施难度大的问题，根据欧盟标准EN 15227:2008+A1:2010中对C-Ⅳ车辆碰撞场景3的要求，采用非线性显式动力学方法，利用通用有限元分析软件对有轨电车防爬吸能装置斜向撞击3 t可移动障碍物过程中的整体变形、吸能特性以及局部塑性应变进行了仿真分析。分析结果表明，该防爬吸能装置能够有效吸收碰撞能量，其弹性和塑性吸能最大位移均在设计行程范围内，防爬梁无局部断裂并脱落的风险，且变形后未与车体主结构发生干涉。因此，配置该防爬吸能装置的有轨电车能够满足EN 15227:2008+A1:2010中对C-Ⅳ类车辆碰撞场景3的吸能需求。     

刨削式与整体型蜂窝式车辆防爬器对撞性能分析

列车对撞时通过配备的防爬吸能元件实现防爬及碰撞能量吸收。当两列配置有不同型号防爬器的列车发生碰撞时,由于非协调变形,可能会使防爬器的受力情况比配置同一型号防爬器的列车对撞时的受力情况更加恶劣。分析了整体型蜂窝式防爬器和刨削式防爬器的吸能特性,并通过试验和仿真对比分析了这两种防爬器对撞时的吸能特性。这两种不同型号的防爬器对撞时,刨削式防爬器受力更加恶劣,而整体型蜂窝式防爬器受力会变好,二者均可正常后退压缩。     

B120型车体碰撞仿真研究

城轨车辆碰撞安全性设计是城轨车辆设计中一个重要问题。文章根据现代城轨车辆碰撞方面相关标准及数据,使用有限元仿真软件对不同速度下的B120型车体进行碰撞仿真计算,观察吸能装置及防爬装置的主要作用,考察整车防碰撞能力,以及防爬器的防爬性能和吸能能力。结果表明该型车体的结构设计完全符合技术协议的防碰撞要求,具有较高的合理性。     

轨道车辆吸能装置碰撞试验与数字仿真研究

以某城市轨道车辆的防爬器为研究对象,重点进行了与防爬器铝合金材料率相关的应力应变曲线测试、防爬器碰撞试验及相关的数字模拟计算。研究表明Johnson-Cook本构模型能够很好地模拟该防爬器材料在大应变变形或材料失效时的物理力学特性,且数字模拟计算的塑性变形过程与碰撞试验结果保持了合理的一致性;防爬器加速度、纵向位移的仿真结果和碰撞试验数据相对误差均小于10%,满足EN15227-2008的防撞性验证要求。因此通过试验数据对有限元分析模型进行校正,可以提高有限元模型的精确度,为以后改进和优化车体结构提供参考和帮助。     

列车收缩管吸能防爬器耐撞性研究

为提升列车车辆在偏心碰撞和倾斜碰撞场景下列车车辆的耐撞性,提出一种收缩管吸能防爬器.该吸能结构在碰撞过程中,其收缩吸能管和吸能座圆锥面产生摩擦作用,收缩吸能管产生径向收缩变形吸收冲击动能,提升非正心碰撞场景下列车吸能结构的吸能特性.采用准静态拉伸试验得到吸能管材料的本构模型,并通过台车冲击试验验证所建立有限元模型的有效...     

城际动车组车辆防爬吸能装置性能研究

根据城际动车组车辆参数,介绍了防爬吸能装置设计结构及吸能原理。通过列车碰撞仿真计算和分析,验证了防爬吸能装置在列车碰撞过程中具有良好的防爬性和吸能性,对列车被动安全有着积极的防护作用。     

基于Optistruct的防爬器结构优化设计

采用基于Optistruct的尺寸优化和形状优化相结合的优化技术,探讨了产品结构的多目标多任务最优化设计方法,并以地铁吸能防爬器为例进行了同时满足静强度和碰撞设计2种目标要求的优化分析,最后通过静强度分析和碰撞仿真对优化结果予以验证,证实了该方法的有效性.     

标准地铁列车前端专用耐撞结构吸能模式及力学匹配

开发轻质高比吸能的能量吸收装置是标准化地铁列车项目的核心需求，开展专用吸能装置的匹配性增强设计对结构耐撞性提升有重要意义。在不改变现有装置所占空间的前提下，根据标准化地铁列车的碰撞防护参数，设计了3种吸能元件方案，运用显式有限元分析方法，基于试验测定的部件性能参数，对比分析了3种结构在25 km/h速度条件下的冲击响应行为，并确定了最终的优选设计方案。在此基础上，运用拉丁超立方试验法构造了吸能参数响应面；采用非支配排序多目标遗传算法（NSGA-II）开展了吸能元件的多目标结构优化匹配设计，获得了优化后的结构方案，并完成了验算。结果表明，通过串联式蜂窝结构设计可改进吸能装置中长行程蜂窝的失稳问题；通过顶杆式蜂窝组合结构设计，显著提升了装置压缩过程中的吸能特性。响应面优化后的标准化地铁列车吸能装置吸能能力显著提升。     

地铁工程车碰撞仿真中钩缓及防爬器模拟方法

在进行某型号地铁工程车碰撞分析时,提出了一种基于LS-DYNA非弹性压缩弹簧模拟钩缓特性以及防爬器吸能特性的仿真方法。就两相同列车以相对速度25km/h相撞为例,对碰撞过程进行模拟,并计算钩缓装置以及防爬器对列车碰撞工况能量吸收的贡献程度。结果表明:该方法能够模拟碰撞时列车钩缓装置和防爬器的力学特性,并且能得到列车碰撞的输出特性、能量吸收等指标;两列车对撞后,两工程车前端的车钩缓冲器吸收能量0.51 MJ,防爬器吸收能量0.47 MJ,分别占总能量的34%和31%。     

地铁列车连挂碰撞仿真及吸能特性分析

为研究地铁列车冲击碰撞情景和吸能元件特性,依据列车动力学理论,用动力学软件对地铁列车冲击碰撞工况进行了仿真计算,模拟了缓冲器、压溃管和防爬吸能装置等吸能元件在冲击中的力学特性。以某型地铁车辆为例,计算了几类常见冲击工况,并研究了轮轨摩擦系数和车钩接触刚度对列车冲击碰撞过程的影响。     

低地板列车吸能防爬装置的碰撞特性研究

为研究某型低地板列车的吸能防爬装置的吸能防爬特性,提高车体结构的正面耐碰撞性,运用非线性瞬态动力学软件LS-DYNA对其进行数值仿真,得到膨胀式吸能构件的吸能特性;然后在该吸能装置上增设导向杆,并研究了壁厚、诱导孔等几何参数对该吸能管碰撞特性的影响;最后结合该型低地板列车做碰撞仿真分析。结果表明,增设导向杆和诱导孔后的吸能防爬装置具有良好的吸能与防爬能力;壁厚能显著影响吸能管的碰撞界面力和吸收的能量,壁厚越大,碰撞界面力和吸收的能量越大。证明该吸能防爬装置符合设计要求,为吸能防爬装置在低地板列车上的合理应用提供理论指导。     

一种双级式列车吸能防爬装置耐撞性分析

文章首先利用Hyper mesh软件建立了列车双级式吸能防爬装置的有限元模型,并基于该有限元模型对蜂窝结构强度对双级式吸能防爬装置耐撞性的影响进行了研究分析。结果表明,该吸能结构可以形成有序的变形模式。初始峰值力和平均撞击力随着蜂窝A强度或蜂窝B强度的增加而增加。该结构能量吸收量主要受蜂窝A强度影响,而蜂窝B强度则对初始峰值力有较大影响。     

刨削吸能式防爬器在城轨车辆碰撞安全设计中的应用

对比了普通车体的防爬吸能区结构与采用新型刨削吸能式防爬器的车体的防爬吸能区结构,介绍了刨削吸能式防爬器在城轨车辆碰撞安全设计中的应用和特点。     

基于逐级吸能原理的地铁B型车耐撞性分析

基于逐级吸能原理,建立了地铁B型车的非线性大变形碰撞动力学有限元力学模型,应用LS-DYNA非线性大变形分析软件,对两列列车碰撞情形进行了数值模拟分析。研究结果表明:列车结构设计符合逐级吸能原理的要求,仅吸能装置和部分车体端部结构产生了塑性变形,客室结构区域纵向长度的最大变化值均小于其总长的1%,乘客的生存空间可以得到保障,且列车间不会发生爬车现象。     

上海地铁车辆新平台车体结构研究

文章根据上海地铁车辆平台化技术要求及难点分析,针对性地对车体总体和外观造型进行设计优化,重点研究了防爬器的匹配及选型,最终得到符合现代列车造型特点以及技术规格书要求的车体结构。     

列车纵向-垂向碰撞动力学耦合模型建模与研究

为研究列车碰撞响应机理,基于多体动力学方法,建立包括轨道子系统、轮轨关系子系统、车钩缓冲器-防爬器子系统以及车辆子系统的列车纵向-垂向平面碰撞动力学模型。轨道子系统中将钢轨假设为离散点支撑的Timoshenko梁;轮轨关系子系统考虑了大蠕滑情况下轮轨切向力的计算;钩缓-防爬器子系统中考虑了车钩和防爬器转动以及动态因素对吸能特性的影响;车辆子系统中考虑了车端点头运动和吸能变形模式以及悬挂系统的非线性特性影响。采用显示数值积分方法,编制了该耦合系统的动力学仿真程序,并进行时域求解。将数值求解结果与有限元仿真和试验结果进行比较,验证了列车纵向-垂向碰撞动力学耦合模型的正确性。论文研究成果为进一步研究车辆主要结构参数对碰撞性能的影响规律、改善列车碰撞动力学行为以及新型耐撞性车辆设计提供了理论依据和仿真手段。