基于动态J-C本构的轨道交通车辆新型切削式吸能装置耐撞性研究

针对国内对轨道交通车辆切削式吸能装置的研究大多单从数值仿真出发、缺乏与试验数据的对比、其仿真结果准确性有待探讨的现状,德国德累斯顿TUV SUD铁路股份有限公司铁道车辆测试中心率先对某新型AX-CE型切削式防爬吸能装置进行动态试验,得到其碰撞界面力、压缩行程随时间变化曲线,检验吸能装置的动态性能;采用显示有限元软件LS-DYNA详细建立AX-CE型切削式吸能装置的等效三维模型;采用Johnson-Cook动态热粘塑性材料本构模型、剪切损伤分离准则以及界面粘结-滑移混合摩擦模型,对高速切削吸能及切屑生成过程进行研究,并与试验进行对比分析,验证了数值仿真的正确性;分析了刀具前角、切屑圆心角、切削深度和切削速度等参数对切削式吸能过程的影响程度。研究表明,切削式吸能装置较现有吸能装置吸能特性更优,控制界面力峰值更强;切削深度和切屑圆心角对界面力和吸能的影响显著,刀具前角及切削速度对其影响则较小。     

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。     

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.     

新型吸能装置的耐撞性分析

基于圆管的自由翻转提出了新型的能量吸收装置,采用显式有限元技术对新型吸能装置在轴向压缩下的翻转进行数值模拟,并对其能量吸收特性进行研究。通过与传统圆管的对比分析,表明这种新型吸能装置总体吸能效率显著高于传统的普通圆管。这种新型吸能装置能克服传统圆管翻转的缺点,在不需要夹具的情况下能够保持较长的有效压缩距离,具有良好的能量吸收特性。     

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。     

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。     

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。     

列车端部双层方管组合式吸能结构耐撞性研究

为了克服现有缓冲吸能装置不能同时满足高比吸能和低撞击峰值力的问题,提出一种具有内外双层方管的组合压溃式金属薄壁方管吸能结构,该结构具有压缩效率高,吸能量大的优点.根据列车安装空间要求对吸能结构进行初步几何参数设计,建立详细的有限元模型,并进行相关数值仿真模拟.针对吸能结构设计方案进行实物样机试制,开展吸能结构轴向动态冲...     

轴向冲击下薄壁方管屈曲模式及初始峰值力控制研究

基于冲击试验和仿真实验手段对带隔板方管吸能结构的碰撞力学响应特性进行分析,建立有限元模型,采用显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA进行数值仿真,并与试验结果对比,误差基本稳定在5%以内,验证该数值仿真模型的有效性。研究结果表明:结构变形模式为稳定可靠的轴对称模式。研究隔板结构与诱导结构对吸能特性的影响,得出结构在隔板的约束下产生更多的屈曲褶皱,吸能量提高17%。诱导结构对结构整体吸能量影响不大,可以显著降低结构的初始撞击力峰值,降低百分比达到42.3%。