基于TSI认证的调车机车碰撞仿真研究

轨道车辆要进入欧盟市场需通过欧盟铁路互联互通技术规范（TSI）认证,车体需满足EN15227标准要求。为提升车辆耐撞性TSI认证通过能力,文章结合EN 15227:2020标准新增要求和TSI认证经验,设计了调车机车碰撞场景;针对TSI认证项点,详细介绍了碰撞仿真方法;以某型调车机车碰撞仿真为例,从结构变形、能量变化、减速度变化、生存空间、排障器吸能等方面分析了TSI指标评估要求。     

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。     

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。     

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。     

基于多轴振动环境再现的地铁车辆排障器寿命评估研究

车辆服役过程中，由于轮轨间的高频激励，极易引发结构共振疲劳问题。文章针对某地铁车辆排障器的疲劳开裂问题，开展了排障器的振动疲劳试验，发现了线路上通过频率为93 Hz的钢轨波磨是引发结构共振疲劳的主要原因。针对试验研究方法存在的传感器布置数量有限、成本较大等问题，文章从仿真分析角度，提出了一种基于多轴振动环境再现的地铁车辆排障器寿命评估方法。首先，建立了基于虚拟激励法的排障器随机振动模型，该模型可以很好地再现排障器的实际振动环境；然后，通过遗传算法对模态阻尼比进行优化，使得仿真和实测响应结果具有较好的一致性，验证了建模方法的正确性；最后，利用多核并行计算的方法实现了排障器任意位置的全程损伤和疲劳寿命计算，显著提高了仿真计算的效率。结果表明：排障器焊缝拐角处为其结构的薄弱位置，其全程工况损伤值为6.25E-03，疲劳寿命为0.60万km，远低于设计使用寿命的360万km，通过上述方法评估出来的排障器最大损伤位置与结构实际破坏位置相同，进一步证明了此方法的正确性。     

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。     

地铁车辆转向架排障器疲劳分析

通过对某地铁线路车辆排障器动应力及加速度数据进行分析、处理,得到排障器加速度功率谱,并作为排障器随机振动疲劳分析的输入条件,对排障器进行随机振动疲劳分析,从试验结果可以判断,应用排障器实测数据进行有限元随机振动疲劳分析对排障器的结构优化、疲劳寿命提高具有重要指导意义。     

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。     

200km/h客运机车排障器强度分析及设计改进

文章基于ANSYS软件对200 km/h客运机车排障器进行强度分析,得出排障器原结构的薄弱位置,提出了设计改进方案并进行了强度分析,最后将仿真分析结果与试验结果进行对比分析,并验证了改进方案的结构合理性。     

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。     

新型无人驾驶地铁列车耐撞性研究

新型无人驾驶地铁列车为现代轨道交通智能列车的代表,对列车运行安全性,尤其是对列车的碰撞安全性具有较高的要求,是车辆设计的重点和难点。以新型无人驾驶地铁列车为研究载体,以列车耐撞性为研究目标,基于EN15227:2008标准要求,采用数值仿真分析方法对新型无人驾驶地铁列车耐撞性进行研究评估。研究结论为:列车在初始速度25 km/h下与一列静止列车发生碰撞时,车钩缓冲器、压溃管及防爬吸能装置可以将碰撞动能全部吸收,能够较好地缓冲撞击;列车爬车指标、乘员生存空间指标及减速度指标均满足标准要求,能够保护乘客安全。     

轨道车辆碰撞能量吸收装置原理及结构设计（待续）

介绍了轨道车辆碰撞能量吸收装置的设计原理，分析了英国铁路（BR）防撞车和欧洲铁路研究组织（ORE）入撞车的结构设计情况，提出了碰撞能量吸收装置的基本要求。     

城轨车辆耐碰撞结构的数字设计研究

在研究耐碰撞车辆安全性设计思路和设计规范的基础上,以天津津滨城市轨道车辆的头车为例,设计了不同碰撞速度下的多级吸能系统及其布置方案。仿真计算结果表明新设计的耐碰撞车体结构能够满足不同碰撞速度下稳定有序变形的设计要求。     

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。     

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。     

耐碰撞车辆的能量吸收要求

对耐碰撞车辆的设计能量进行了研究.线性分析的方法已经被证明对于弄清楚两列车碰撞的作用情况,尤其是两车辆间相互作用的情况非常有用.介绍了首端和中间端的能量吸收要求的计算公式.这是从5种不同列车的模拟计算中推导出来的,可以应用于所有轨道上的车辆碰撞.     

轨道交通列车前端吸能结构碰撞研究

利用LS-DYNA软件建立列车前端吸能结构的有限元模型,通过仿真分析对试验台车吸能结构进行优化以及试件材料选择;通过受力对比分析确定整车模型与试验台车模型对于吸收结构碰撞试验的一致性。台车吸能结构碰撞试验结果及其分析表明:利用台车吸能结构碰撞试验可以替代整车碰撞试验,用于验证列车前端吸能结构设计的合理性。采用仿真分析与台车试验相结合的方法,对列车端部吸能结构的耐碰撞性能进行验证,可以有效地压缩设计与试验的成本和周期。     

基于有限元的跨座式单轨车辆正面碰撞仿真研究

在阐述碰撞过程数据模拟计算相关理论、思路和实现方法的基础上,以跨座式单轨车辆为研究对象,建立了跨座式单轨车辆的正面碰撞仿真有限元模型,并在一定的初速度下进行了正面碰撞仿真模拟,对结果进行了分析。     

地铁头车车体耐撞性仿真分析

在分析国内外有关研究现状的基础上,根据国外有关轨道车辆耐撞性评估的准则、标准,提出评估地铁头车车体耐撞性的碰撞场景设计与条件,即:满载车辆以25km/h的初速度对撞同类型保持静止状态的头车时,车体及吸能结构所吸收的碰撞能量不小于1MJ,头车车体变形不大于100mm。同时,建立某型地铁头车车体对撞有限元模型,处理接触问题及边界条件,实现240ms碰撞过程的数值仿真,并分析车体的速度、加速度、变形、能量的变化趋势。通过对关键参数的仿真分析,评估地铁头车车体的耐撞性。     

悬挂式单轨车辆再生能量特性研究

悬挂式单轨工程由于车辆不设置车载电阻,其制动时产生的再生能量依靠设置于变电所的再生能量吸收装置吸收。目前国内悬挂式单轨工程供电系统再生能量吸收装置的设计方案,大多照搬地铁或有轨电车惯用做法,并未对该制式的再生能量特性进行细化研究。文章以国内某城市实际工程为研究对象,建立单列车和不同行车密度运行时仿真模型,研究各牵引变电所再生能量吸收装置吸收峰值功率、能量值、吸收范围和吸收趋势,总结悬挂式单轨车辆再生能量特性,研究结论对悬挂式单轨工程再生能量吸收装置的选型及布置方案设计有一定的借鉴和指导意义。