缺口导向分级触发吸能结构研究

以轨道客车司机室端吸能结构为研究对象,提出一种基于缺口导向分级触发的吸能结构,并采用三维仿真分析方法对该吸能区结构进行优化分析。另外,对优化后的吸能区结构进行全尺寸冲击试验验证。试验结果表明,仿真分析在能量吸收、压溃行程和平台力方面的误差可保持在10%以内。     

轻质镁合金鼓胀吸能结构吸能特性研究

为提高轨道车辆耐撞性,提出一种轻量化镁合金鼓胀吸能结构.该结构在保证吸能性能的基础上,能极大地降低自重.首先设计镁合金鼓胀管吸能结构几何模型,并加工与之对应的实物样机.随后通过准静态压缩试验手段,开展结构力学特性研究.在压缩过程中,管结构逐步发生径向扩张塑性变形,变形模式稳定可控.在此基础上研究锥头锥角、锥头外径、吸能管壁厚等几何参数对鼓胀管吸能性能影响,研究结果表明:随着锥头锥角、外径以及管壁厚度的增大,结构的最大峰值力、平均力、吸能量及比吸能均增加.分别对比镁合金、铝合金、碳钢吸能管的特性,得出比吸能分别为10,9.6和7.6 J/g,镁合金管具有较高的比吸能.     

钢板拉伸-弯曲式大行程吸能装置研究及优化

提出一种新型大缓冲行程吸能装置,该结构利用金属吸能板在冲击作用下产生重复弯曲-拉伸塑性变形吸收冲击动能,具有远大于其自有长度的变形行程.首先开展吸能结构样机落锤冲击试验,研究在冲击载荷下的力学特性.结果表明,吸能结构整个冲击过程稳定可控,初始峰值力为21.88 kN,稳定变形力为10 kN.随后建立有限元模型,经比较仿真结果与试验误差在10％范围内,充分证明了有限元模型的有效性.通过有限元仿真分析吸能装置的变形特性,以及钢板厚度和宽度,导轮半径和导轮数量对其吸能特性的影响.最终得出随着结构的板厚,板宽度,导轮数量的增加以及导轮半径的减小,装置的撞击力和吸能量均呈增加趋势.     

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。     

耐冲击地铁车辆设计及整车碰撞研究

针对地铁车辆自身特点进行耐冲击地铁车辆吸能结构设计,提出了耐冲击地铁车辆设计理念,将该地铁头车在撞击过程中的能量吸收过程设计为4级:第1级为车钩缓冲装置缓冲器,第2级为缓冲装置中的压渍变形管,第3级为车钩剪切螺栓,第4级为位于头车前端底架的吸能结构和防爬器等可变形结构.并对地铁中耐冲击车体进行了研究,在车体结构中于指定部位设计大塑性变形结构,即设置专用吸能结构;建立了该地铁头车的车体碰撞模型,进行了各碰撞工况的数值仿真.研究结果表明:在撞击过程中吸能结构从预期部位开始发生稳定有序的塑性变形,车体客室仅发生弹性变形,大部分冲击动能(超过80%)转化为吸能结构的塑性变形,表明该车具有很好的耐冲击效果.     

带隔板单锥薄壁方管结构吸能特性研究和多目标优化

研究轴向静载荷工况下带隔板单锥薄壁方管的能量吸收特性和耐撞性优化设计。试验和数值仿真结果证明该结构的变形模式具有规律性和稳定性,并通过静载荷试验验证有限元模型。在此基础上建立响应面模型,探究该结构不同部位壁厚对其吸能特性的影响。研究结果表明:比吸能和初始峰值力受到外管壁厚的影响比隔板厚度的影响要大。为进一步优化带隔板单锥薄壁方管的吸能性能,以外管和隔板的厚度为设计变量,以比吸能和初始峰值力为优化函数进行多目标结构优化。结果表明,优化目标比吸能和初始峰值力相互冲突,吸能比的增加会导致初始峰值力的增加。优化结果可为地铁车辆的耐撞性提供良好的设计矩阵,以获得性能更好的吸能结构。     

地铁车辆底架薄壁梁吸能结构耐撞性试验与仿真研究

针对城轨列车的结构形式,以典型地铁头车车体司机室安装接口为设计约束,设计一种底架薄壁梁司机室结构.首先对城轨列车底架吸能结构进行设计,并基于模型设计,研制实际司机室结构样机,并通过冲击试验对吸能结构进行了耐撞性研究,结构撞击平台力为1450 kN,吸收能量为550 kJ.随后建立有限元模型,对吸能结构进行数值仿真,最终对有限元与试验研究结果进行分析,结构在撞击力、吸能量、变形模式、压缩位移、褶皱形状及位置基本一致.研究结果表明:试验和仿真的误差范围控制在10％以内,验证了该有限元模型拥有较高的精度,可通过仿真手段代替试验研究,进一步探究各冲击工况下的动态响应.     

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。     

基于某地铁列车的碰撞仿真与事故对比分析

建立了某地铁列车详细的碰撞有限元模型,通过一列以37 km/h运行的6编组列车与另一列静止的相同编组列车的正面碰撞,从列车各接触位置的界面力、头车和中间车端部变形情况,以及能量变化与分布情况等角度对列车的碰撞进行仿真和事故对比分析。分析结果表明:防爬吸能装置、司机室结构以及客室连接部位的车体铝合金结构产生局部塑性变形,占列车碰撞总动能的48. 2%;碰撞过程中,头车吸能装置和部分车间吸能装置结构产生了破坏,仿真结果与实际情况较为一致。     

高速列车车体端部吸能结构研究

针对高速列车速度高、动能大的特点,设计了车体被动安全防护的特殊端部吸能结构,并通过非线性有限元软件LS-DYNA,研究高速列车头车司机室端两级吸能装置以及车体尾端弱刚度结构的耐碰撞性能,重点考察其与刚性强撞击时的界面力、变形以及能量吸收能力。计算结果表明两级吸能装置变形有序,具备约3.4 MJ的能量吸收能力,可有效保护司机室结构;车体尾端弱刚度区具备6.5 MJ的能量吸收能力,可有效保护乘客区结构的安全。将上述结构应用在某型高速动车组车体并按照欧标EN15227进行36 km/h对撞工况的验证,司机室头部吸能结构变形合理,列车未发生爬车现象,司机室及客室结构完整,头车平均加速度为4.4g,满足标准要求。     

高速列车车体前端吸能结构的碰撞仿真与试验

专用吸能装置的设计是高速动车组车辆安全防撞系统的核心。本文依据DIN EN15227中规定的C-I类车辆碰撞要求,开发研制了国产标准动车组端部专用吸能装置,并对其进行碰撞仿真分析和台车碰撞试验。仿真分析与撞击试验结果基本吻合,结果表明:该专用吸能装置的压缩变形稳定且有序可控,撞击平台力为2 000 kN左右,主吸能元件压缩变形率最小可达70%,可耗散冲击动能1.85 MJ,其吸能特性满足设计需求。     

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。     

蜂窝轴向压缩实验与仿真分析方法研究

基于蜂窝结构轴向压缩实验,在显式动力学有限元分析仿真平台,研究单元网格大小以及蜂窝封板连接的不同模拟方法对蜂窝结构轴向吸能特性的影响。研究结果表明:单元网格尺度由2 mm减小到0.5 mm时,蜂窝结构的变形模式与实验结果逐渐吻合,蜂窝结构的平台力、平台强度以及吸能量逐渐收敛,与实验结果相比最大误差分别从30%左右降至1%左右。封板连接方式对蜂窝吸能的平台力、平台力以及吸能量影响较小,对蜂窝结构的变形模式影响更加明显,结点耦合与接触固连方式下蜂窝变形模式相似,胶接方式更符合实际情况。     

大功率重载机车变形吸能元件早期失效分析与优化

文章简要介绍了变形吸能元件的组成、结构及工作原理,描述了大功率重载机车变形吸能元件的早期失效现象,从设计结构、试验工艺、理化参数、金相检查等方面详细阐述和分析了失效原因,并提出设计及工艺优化方案,最后通过对比分析和疲劳寿命试验验证了优化方案的改善效果,优化后的产品可满足机车车辆运行使用要求.     

帽型、点焊薄壁柱壳轴向挤压性能分析

在M D White和N Jones等人的研究基础上,充分考虑柱壳被挤压变形时塑性铰吸能,将其求解过程中的离散单元的数目由18个增至19个,进而使吸能和平均压塌力控制方程更接近试验实际情况。给出柱壳被挤压时平均压塌力的理论计算算例,并用LS DYNA软件对建立的帽型、点焊薄壁柱壳轴向挤压过程力学模型进行了数值模拟。计算结果显示,该结构撞击变形过程相对稳定,与修正的吸能和平均压塌力控制方程计算结果很接近;与M D White和N Jones等人的试验结果进行对比分析,证实帽型、点焊薄壁柱壳具有良好的能量吸收性能。     

基于RADIOSS的电动车组车体碰撞仿真

文章根据EN 15227-2011标准中规定的两辆相同的动车组发生碰撞的工况,以某铝合金电动车组车体结构为载体,采用软件HyperCrash中弹簧单元模拟车钩及防爬器的吸能特性,应用碰撞仿真软件RADIOSS进行大变形碰撞仿真,并以碰撞过程中车体结构的塑性变形、车钩吸能、司机和乘客的生存空间和加速度等情况为基准,对该动车组的碰撞安全性进行了评估。     

高速动车组车钩安装座结构设计及其抗冲击性能

通过对高速动车组端部吸能系统进行冲击试验和碰撞仿真分析,对该吸能系统的车钩安装座结构进行了优化设计,并验证了优化结构车钩安装座的抗冲击性能满足设计要求。     

城轨车辆司机室端部主吸能结构优化设计

为了提高城轨车辆司机室端部主吸能结构的吸能性能,采用仿真分析的方法对底架端梁和吸能结构的板材厚度进行了优化设计。考虑优化部位对吸能量的影响,建立某城轨车辆司机室车与司机室车以相对速度25 km/h的正撞模型,通过碰撞分析计算得到了结构优化前后的吸能量及车体不发生压溃的最大撞击速度。研究结果表明:提高底架端梁结构的刚度,减小主吸能结构的板材厚度能够满足司机室端部吸能系统的顺序可控变形规律,其吸能性能也得到提升,为主吸能结构的优化设计提供了理论参考。     

薄壁圆管变形吸能元件准静态压溃吸能分析

阐述了薄壁圆管用作重载机车变形吸能元件的优点,用动态渐近屈曲的理论分析了该结构的力学性能和吸能特性.同时,还从试验角度对这些特性进行了研究.     

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。