车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响综述

从轨道列车车钩缓冲装置功能和失效原理、分类和标准、理论和应用与列车整体碰撞响应4个方面，梳理了近20年车钩缓冲装置在列车碰撞领域的研究方法和研究成果，总结了4个方面研究的优缺点与未来亟待解决的问题；从列车碰撞动力学的角度，阐述了车钩缓冲装置在列车碰撞中的作用，及其在车辆系统整体设计中的地位；基于欧盟、美国、日本与中国列车耐撞性和强度标准，介绍了车钩缓冲装置的子部件组成；从车钩缓冲装置理论模型在列车碰撞动力学模型和有限元模型的应用剖析其演化过程；基于当前国内外车钩缓冲装置的研究现状，指出未来轨道列车车钩缓冲装置的研究趋势和发展目标。研究结果表明:车钩缓冲装置是列车多级吸能系统中重要组成部分之一，需针对不同车钩缓冲装置类型建立不同的力学模型，准确反映缓冲器的非线性迟滞特性和压溃管的压溃吸能特性，以及车钩的运动关系；在国内外现行标准中，仅规定了车钩缓冲装置的静强度指标，且仅有货车车辆缓冲器的详细界定，缺乏中高速轨道车辆的车钩缓冲装置在动态场景下的载荷指标、能量上限等标准规范；胶泥、气液缓冲器具有比摩擦式缓冲器更好的碰撞力学性能，但其复杂的非线性特性描述依赖于准确的数学模型和试验，目前尚未对车钩缓冲装置数学模型的横向、垂向动态特性进行详细研究；应结合试验，加强研究车辆运行和碰撞过程中车钩缓冲装置的触发和失效稳定性，及其对列车纵向撞击响应的影响；中低速下较大的车钩缓冲装置刚度会导致非正常的垂向和横向响应，不同速度等级下车钩缓冲装置的力学特性和初始姿态对车辆碰撞机理的影响较大。      

一种新的焊接构架疲劳分析方法

为了在多工况下进行焊接构架多轴应力的疲劳强度评估,在直接法和投影法的基础上,将二阶张量坐标变换的性质应用于构架的多轴应力疲劳评估,提出了张量法.该方法将多轴应力转换到同一坐标系和同一截面下,根据获得的最大应力和最小应力进行疲劳评估.以某型转向架焊接构架为例,建立了该构架的有限元模型,计算结构在多工况下的应力,并用直接法、投影法和张量法计算了焊接构架的疲劳强度. 通过临界面法和Ncode软件的计算,验证3种方法的合理性.结果表明:考虑多轴应力方向的张量法明显优于另外两种方法,与Ncode计算结果误差最小,为4.42%.      

轨道车辆新型车端专用吸能装置

为了提高轨道车辆的耐碰撞性,利用金属薄壁结构轴向切削和压缩过程吸收能量的原理,设计了一种新型车辆端部专用吸能装置;采用显式有限元软件LS-DYNA建立了吸能装置吸能过程的等效三维有限元模型,并对吸能过程进行数值模拟;分析了切削深度、刀具前角和切屑圆心角等参数对吸能装置吸能性能的影响.研究结果表明,新型吸能装置吸收的能量、界面力与切削深度、切屑圆心角成正比,与刀具前角成反比,受切削深度的影响较小;新型吸能装置的冲程效率可达100%,压缩力效率和总效率可达70%以上,高于现有吸能装置.      

160km/h电力机车车体轻量化研究

以某型160 km/h电力机车车体为轻量化目标,建立整车车体有限元模型,对车体结构进行静强度校核,以此为基础,以车体总重量最小化为目标,以车体结构板厚参数为设计变量,在保证车体结构强度与刚度满足要求的情况下优化设计变量。通过灵敏度分析,更新设计变量,对车体结构轻量化进行深入的优化。通过仿真优化设计,车体总重减轻7.44%,满足设计目标要求。     

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。     

轨道车辆耐碰撞性研究进展

对轨道车辆耐碰撞性研究的国内外最新进展进行综述,并对列车碰撞研究的主要方法及存在的问题、耐撞性车辆设计及评价标准进行论述。研究表明:我国在轨道车辆耐碰撞安全性技术研究方面与国外存在较大的差距,应在列车碰撞响应与车体结构安全性关系、列车碰撞试验标准和试验设备、列车碰撞后脱轨机理等方面进行深入的研究,并亟待制定符合我国国情的列车碰撞安全性标准。     

地铁铝合金车体静强度计算及模态分析

应用有限元分析软件ANSYS建立某地铁铝合金车体结构的有限元模型,并根据国内外的地铁车辆技术标准和地铁车辆的实际运行状态确定载荷工况,计算车体在整备(AW0)和超常状态(AW3)下的静强度和振动模态。研究结果表明,该铝合金车体的强度满足要求。     

基于UIC和JIS标准的焊接构架疲劳强度对比分析研究

运用UIC标准Goodman-Smith图法和JIS标准的疲劳评价方法,以地铁转向架构架的侧梁焊接结构为研究对象,使用有限元法对其疲劳强度进行对比研究。以JIS标准中的裂纹扩展法和名义应力法分别评估单边角焊缝和背面焊接位置角焊缝的焊根疲劳强度,以UIC标准中的结构应力法评估角焊缝的焊趾疲劳强度。结果表明,使用UIC标准考核构架侧梁焊缝的焊趾满足疲劳强度要求,而使用JIS标准考核构架侧梁焊缝的焊根不满足疲劳强度要求,因此对于焊接构架角焊缝应结合2个标准对其焊趾和焊根综合进行疲劳强度评估。     

有轨电车与乘用车斜向碰撞的安全性及相容性分析

基于事故统计,模拟了有轨电车和乘用车在平交路口的斜向碰撞,从碰撞变形、乘员生存空间、动力学响应、碰撞能量,以及脱轨安全性等方面对碰撞事故进行了综合分析。研究结果表明:碰撞位置越靠前,碰撞界面力与加速度响应越剧烈,乘用车结构变形模式越不利,相应的乘用车乘员保护和有轨电车脱轨安全性亦越差;有轨电车与乘用车因质量悬殊致使乘用车加速度响应异常剧烈,等效刚度不匹配则导致乘用车受损严重而影响乘员安全;有轨电车与乘用车前端结构不相容是发生“钻碰”和“类爬车”的重要诱因,对有轨电车的脱轨安全性影响较大。     

地铁列车司机室前端结构耐撞性研究

为研究地铁列车在重载条件下列车的碰撞响应,尤其是司机室前端破坏程度,基于EN 15227对地铁车辆碰撞的相关规定,建立了地铁列车碰撞有限元数值模型,根据列车不同的载荷状态和被动列车是否施加停放制动,给出了3种不同工况,研究地铁列车在超载状态与标准规定状态下的司机室前端损伤程度和车体结构的耐撞性。计算结果表明:当载荷作为唯一变量时,司机室前端在超员载荷下所被压缩的距离是标准条件下的5倍左右;而当初速和载荷为定量时,施加停放制动的被动车碰撞破坏更为严重,碰撞界面的车钩和防爬吸能装置均走完全程,被动车司机室前端的压溃区几乎达到吸能极限,若再次加大速度或载荷即会对司机的生存空间造成威胁,故有必要在碰撞标准中考虑超员工况的计算。