轨道车辆碰撞吸能闭孔泡沫铝优选设计

基于不同应变率加载条件下不同密度闭孔泡沫铝能量吸收曲线,进行轨道车辆碰撞吸能用泡沫铝材料优选设计,实现了泡沫铝的高效选择。提出轨道车辆碰撞吸能用泡沫铝逆向设计流程与优选方法,通过初选碰撞场景,确定泡沫铝专用吸能元件设计总体需求,构建其标准化应力与单位体积标准化吸能量之间的映射关系,预选厚度,正向计算碰撞条件下的应变率及对应的能量吸收能力,并进行需求比对,循环迭代,直至收敛于最优密度及厚度。最后,通过动车组头车耐撞性吸能元件设计实例,验证了泡沫铝密度与厚度优选的高效性,所提方法可大大提高轨道车辆碰撞吸能用泡沫铝的选材效率。     

桥墩泡沫铝基组合防撞装置耗能机理及缓冲效果

滚石灾害严重威胁山区铁路桥墩建设及运营安全。针对现有桥墩防撞装置存在缓冲效果差、不易安装修复等不足，开展防撞装置耗能机理及缓冲效果研究，提出采用具有优良耗能缓冲性能的泡沫铝和聚氨酯材料多层组合的防撞装置。结果表明：泡沫铝和聚氨酯材料均具有稳定的变形破坏模式和较长的应力平台区，可持续稳定地吸收能量；组合结构耗能效果与缓冲材料的厚度和密度分布相关，增加泡沫铝材料厚度和密度，组合结构吸能总量增幅较大，吸能效率和吸能稳定性受组合结构中的聚氨酯材料的影响较大；防撞装置缓冲材料按上层（表层）50 mm聚氨酯、下层（底层）50 mm泡沫铝的双层结构配置，防护效果最佳。     

膨胀薄壁圆管吸能特性研究

薄壁圆管的变形模式包括膨胀、撕裂、渐进压溃、欧拉屈曲等多种形式，文章通过ls-dyna软件对膨胀薄壁圆管的吸能特性进行了数值模拟。以建立的膨胀薄壁圆管有限元模型为研究对象，得到了在压模角度为30°、下压速度为5 m/s时，压模直径与膨胀薄壁圆管吸能特性之间的关系，得出当吸能特性最好时压模直径与膨胀薄壁圆管直径之间的比值D_d/D₀。通过相同尺寸的薄壁圆管在渐进压溃与膨胀2种变形模式下的吸能量对比，得到当D_d/D₀=1.22时，2种变形模式下圆管的吸能量基本相同；当1.22d/D₀<1.3时，膨胀圆管的吸能效果优于渐进压溃圆管；当D_d/D₀>1.3时，膨胀圆管出现压溃、撕裂等不稳定变形模式，吸能量开始下降。     

城市轨道车辆吸能结构设计

为了实现车辆在碰撞事故中的被动安全保护,综合运用比吸能较高的方管、圆管及蜂窝铝等不同吸能元件,设计一种城轨车辆用可更换的两级吸能组合吸能结构,并运用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行25 km/h撞击速度下碰撞仿真分析。研究结果表明:吸能结构发生了有序可控的两级塑形变形,第一级为铝蜂窝压缩变形,其变形行程为151.1mm,撞击平台力约为154.8 kN,吸能量为24 kJ;第二级为方管叠缩和圆管挤压变形,变形行程约为307.6 mm,平台撞击力为732.5 kN,吸能量为190.2 kJ。为城轨车辆用吸能结构设计提供新思路。     

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。     

结构参数对铝蜂窝防爬器吸能特性影响

为研究某型地铁车辆的铝蜂窝防爬器的吸能防爬特性，利用非线性有限元数值模拟方法，建立了可靠的等效铝蜂窝防爬器有限元模型。通过对不同结构参数铝蜂窝防爬器的吸能特性研究，对该防爬器进行了优化设计，并将优化后的防爬器用于整车，模拟了6编组地铁车辆在速度为25 km/h时的对撞工况。仿真结果表明，增加薄壁壳壁厚将使碰撞初始峰值力大幅度增加，碰撞力的波动也随之增大；在多个铝蜂窝块之间插入隔板串联组合使用，将极大地提高蜂窝块的吸能效果；在薄壁壳上开诱导孔是诱导防爬器稳定有序变形的手段之一，但是诱导孔数量过多反而对吸能造成不利影响。通过整车碰撞模拟，以欧洲铁路标准EN15227:2020的相关要求对其进行评判，证明了该防爬器具有良好的吸能和防爬性能，为铝蜂窝防爬器在地铁车辆上的应用提供了理论依据。     

城市轨道交通车辆用薄壁圆锥形构件轴向耐撞性能研究

针对城市轨道交通车辆压溃式吸能装置常用的Q345和5083H111材料,以数值仿真的方式研究冲击动态下壁厚、冲击速度、锥角对其轴向耐撞性能的影响,比选出总吸能一定时耐撞性能更优的设计方案。研究结果表明,薄壁圆锥形构件的比吸能和碰撞力随壁厚和冲击速度的增加而增加,随锥角的变化因材料而异,且Q345材料的比吸能和碰撞力均大于5083H111;在总吸能一定时,采用大锥角、增加壁厚的方案轴向耐撞性能更优,选用5083H111材料耐撞性能更优。     

基于改进BESO算法的带隔板薄壁方管耐撞性拓扑优化

为了提高带隔板薄壁方管的耐撞性能,实现吸能管轻量化的设计目标,采用改进的双向渐进结构优化法(BESO)对吸能管进行拓扑优化.针对传统BESO算法不能满足带隔板吸能管压溃过程中管壁与隔板的作用不同而导致的优化目标不同的问题,提出多设计域优化目标分离法;针对优化过程中的模型信息储存问题,提出克隆体法.代码采用Python编写,与ABAQUS无缝对接.研究结果表明:拓扑优化后的结构比之原始结构,质量下降了27.98％,比吸能提高了30.89％,验证了所提算法的有效性和可靠性.     

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.     

基于显式有限元的高速列车吸能装置吸能原理研究

吸能装置是提高高速列车耐碰撞性能的关键部件。首先阐述了金属切削数值仿真的关键技术,包括材料的本构模型、切屑与工件的分离、切屑与刀具的接触和摩擦等。然后利用显式有限元仿真了薄壁结构被轴向切削时刀具的前角、切屑的厚度和宽度等对其吸能特性的影响。提出薄壁结构轴向切削吸能和轴向压缩吸能的组合作为吸能装置的吸能原理。分析结果表明,该吸能原理是一种非常理想的碰撞能量耗散模式。