车辆薄壁结构撞击吸能特性研究

对6种具有代表性的吸能结构进行了撞击分析，得到了不同的吸能结构在受到撞击时的变形模式，吸能量大小及冲击力在等一系列参数，并分析各种吸能结构特性的优劣，为耐冲击吸能车体的实体碰撞数值模拟奠定基础。     

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。     

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。     

耐碰撞车体吸能装置的薄壁结构研究

吸能装置是提高机车车体耐碰撞性能的关键部件。利用显式有限元模拟仿真了薄壁结构的横截面、壁厚和预变形等对其碰撞性能的影响，找出了薄壁结构的碰撞规律。对安装了由薄壁结构组成的吸能装置的某机车车体进行了碰撞仿真，结果表明该结构具有较好的吸能性能。     

某城轨车辆碰撞能量管理系统研究

为了改进某城市轨道车辆车体耐碰撞性能,根据美国AAR S-034标准要求,建立了一种基于蜂窝铝芯和锥形薄壁方管结构的碰撞能量管理(CEM)系统,利用LS-DYNA平台,对该CEM子系统的撞击性能进行了分析,并对比了安装CEM系统前后整车撞击刚性壁障的界面力-位移曲线和加速度-时间曲线。研究表明:"铝芯-薄壁管"组合式吸能结构可以使压溃变形过程有序进行,且具有较低的撞击力初始峰值;采用文中的CEM系统可显著提高车体端部结构的耐碰撞性能。     

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.     

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.     

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。     

基于碰撞仿真的地铁车辆不锈钢点焊车体前端结构优化设计

应用碰撞仿真软件PAN-CRASH对地铁车辆不锈钢点焊头车车体进行大变形碰撞仿真,并通过研究车体端部吸能结构中压溃管的材料性能、管壁厚、变形及结构形状等几大因素对其吸能特性的影响。提出了压溃管的最终实际优化方案,为吸能部件的再生产和研发提供必要的理论依据。     

列车多体耦合撞击分析

设计了耐冲击吸能车体,其前端司机室控制台前端和尾端为塑性大变形区域,中间载客区为弹性小变形区域。建立轻轨列车的等效简化模型。对实际模型和简化模型在同样工况下进行了撞击计算,结果显示等效模型和简化模型的变形过程相似,力—位移曲线也基本相同。在简化的轻轨车模型基础上,模拟6辆编组的轻轨列车以25km.h-1速度撞击一列静止的轻轨列车,得到各辆车的动力学响应。计算结果显示,车辆与车辆之间发生了多体耦合撞击,每辆车都产生了塑性变形,其中头车前端塑性变形较大。