冲压模具自动设计系统的研究

论述了在三维实体和参数化CAD技术的基础上,应用Pro/ENGINEER软件的族表驱动和参数驱动功能实现冲压模具设计自动化的原理及方法。     

三维高次等参元退化单元在有限元中的应用

介绍了高次等参元退化单元常见型式及其在有限元分析中的应用，具体讨论了节点退化和形状退化情况下单元节点插值形函数的构造和修改，研究了混合单元的有限元求解流程，并编写了相关的求解程序，通过具体算例比较了混合单元与全六面体等参元网格的计算情况，结果表明三维高次等参单元及其退化单元的混合应用不仅可以适应较为复杂的空间实体计算网格，而且还能满足精度上的要求，具有重要的工程意义。     

高速列车流线型转向架与底部导流板的气动减阻效果研究

为适应高速列车进一步提速的更低气动阻力实际需求,针对CR400AF型高速列车动车转向架和带头型简化车体,应用底部流动导向控制思想,采用附加轻质易造型材料包覆原有部件的理念,开展转向架各部件流线型化和车体底部导流板综合减阻效果的验证试验与数值仿真研究。验证试验选择有无导流板的流线型转向架带简化车体模型,在3种试验速度工况下阻力试验值与仿真值误差均少于10%,验证了数值仿真的可靠性,带导流板试验模型较不带导流板试验模型均有减阻。数值仿真研究运用Realizable k-ε湍流模型,采用切割体笛卡尔网格划分技术,并在边界层内采用棱柱层网格,控制第1层网格的厚度,确保y+值能满足壁面函数要求。经稳态明线运行的仿真模拟网格无关性检验后,探究了流线型动车转向架与导流板组合运用的气动减阻特性及效果。对比了流线型动车转向架与安装导流板前后动车转向架、简化车体以及转向架舱上的阻力变化情况和压力分布变化情况,分析了转向架区域的流场结构变化。数值仿真结果表明：流线型设计的动车转向架相较于原始动车转向架有一定的减阻效果,在400 km/h的运行速度下减阻率达到1.08%。流线型设计动车转向架与导流板组合运用后...     

列车收缩管吸能防爬器耐撞性研究

为提升列车车辆在偏心碰撞和倾斜碰撞场景下列车车辆的耐撞性,提出一种收缩管吸能防爬器.该吸能结构在碰撞过程中,其收缩吸能管和吸能座圆锥面产生摩擦作用,收缩吸能管产生径向收缩变形吸收冲击动能,提升非正心碰撞场景下列车吸能结构的吸能特性.采用准静态拉伸试验得到吸能管材料的本构模型,并通过台车冲击试验验证所建立有限元模型的有效...     

减轻乘员二次碰撞损伤的列车铝蜂窝吸能桌耐撞性研究

为提高我国列车的被动安全性,设计一种蜂窝蒙皮夹层结构吸能桌,能够有效降低列车碰撞时乘客与列车固定桌的碰撞损伤。采用全尺寸法建立蜂窝结构全尺寸有限元模型,用准静态试验和动态冲击试验验证蜂窝全尺寸模型有效性,然后使用Hypermesh建立蜂窝夹层结构吸能桌的数值仿真模型,先后验证了吸能桌的承载强度和被动安全防护性能。垂纵向承载强度校核结果表明,吸能桌在垂纵向均布载荷作用下产生很小的永久塑性变形,承载强度满足GM/RT 2100 issue 5等标准要求;标准50th混Ⅲ男性假人与现有餐桌和吸能桌的滑台碰撞仿真结果表明,吸能桌相比现有桌能够明显改善乘员的运动姿态,有效地降低乘员的碰撞损伤。然后,探究了蜂窝夹层结构的蜂窝胞元厚度t1和蒙皮厚度t2对假人撞击力F和胸部压缩量THCC的影响情况,结果表明当胞元壁厚和蒙皮厚度变化时,吸能桌对假人防护效果先是变好,然后变差,胞元壁厚的影响程度较蒙皮厚度大。最后对不同厚度参数组合下假人损伤进行综合评价,结果显示t1和t2分别为0.10 mm和0.22 mm时损伤综合评价最优。     

融合光纤传感与压电感知的列车结构健康监测方法

结构健康监测技术是提升列车运行可靠性、安全性,降低运营成本的变革性技术。针对列车转向架结构损伤诊断与寿命预测的需求,提出融合光纤传感与压电感知的转向架材料试样结构健康监测方法,并构建基于光纤传感的结构载荷识别方法,利用光纤测量的应变信息反演结构所受的外部载荷,识别结果可为结构寿命预测提供载荷输入。同时,研究压电感知Lamb波信号在不同裂纹长度下的变化规律,基于相关系数法建立用于表征裂纹长度的损伤指数模型,实现对结构裂纹损伤萌生、扩展全过程的损伤诊断。依据所提出的列车结构健康监测方法框架,对压电传感器实时诊断的结构裂纹损伤情况建立仿真模型,使用光纤传感器反演得到的外部载荷对仿真模型进行加载。最后,开展列车转向架构架材料试样的疲劳试验,结果表明：基于光纤传感的反演载荷与真实载荷间的相对误差为1.30%,损伤因子与裂纹长度相关系数达到0.97。研究成果可推进结构健康监测方法在高速列车上的工程化应用。     

轻质镁合金鼓胀吸能结构吸能特性研究

为提高轨道车辆耐撞性,提出一种轻量化镁合金鼓胀吸能结构.该结构在保证吸能性能的基础上,能极大地降低自重.首先设计镁合金鼓胀管吸能结构几何模型,并加工与之对应的实物样机.随后通过准静态压缩试验手段,开展结构力学特性研究.在压缩过程中,管结构逐步发生径向扩张塑性变形,变形模式稳定可控.在此基础上研究锥头锥角、锥头外径、吸能管壁厚等几何参数对鼓胀管吸能性能影响,研究结果表明:随着锥头锥角、外径以及管壁厚度的增大,结构的最大峰值力、平均力、吸能量及比吸能均增加.分别对比镁合金、铝合金、碳钢吸能管的特性,得出比吸能分别为10,9.6和7.6 J/g,镁合金管具有较高的比吸能.     

峡谷风对桥梁上列车气动性能的影响

基于标准κ—ε双方程湍流模型,分析运行在跨峡谷桥梁上的列车外部稳态流场,研究不同峡谷间距、列车在桥上不同位置时峡谷风对列车气动性能的影响规律。计算结果表明:在同样风速条件下,峡谷间距越小,对气流的加速作用越明显,当峡谷间距分别为150,200,250和300m时,桥梁上方的风速分别增加了17.5%,11.6%,7.2%和3.4%;峡谷间距150m时车辆受到的侧向力、升力和倾覆力矩比300m时分别增大约25.7%,84.5%和21.1%;列车处于峡谷中间位置时受到的气动力最小,列车处于刚进入峡谷位置时受到的气动力最大,后者比前者车辆受到的侧向力、升力和倾覆力矩分别增大了5.5%,8.2%和7.8%。     

显式有限元法在车辆耐撞性研究中的应用

基于连续介质理论，通过建立车辆碰撞的控制方程，在此基础上得到与控制方程和边界条件等效的“弱积分”形式。通过空间和时间的显式离散，得到了车辆碰撞的有限元方程。采用动力显式积分方法，使位移计算显式化，避免了由材料、几何、边界高度非线性因素引起的计算收敛问题，并讨论了薄板单元的Courant稳定性条件。提出了“端部吸能结构纵向压缩变形、纵向吸能”的耐冲击结构设计的思路，并对算例进行了数值模拟。结果表明，该设计方法可以实现车辆结构自身被动安全保护的目的，显式有限元数值模拟方法是车辆耐撞性研究的有效方法之一，但是需要进行部分撞击试验，进一步修正模型后提高其分析精度。     

有限元三维实体单元与壳单元的组合建模问题研究

板单元与实体单元之间的连接由于本身自由度的不同使转动自由度不连续，这个问题是有限元计算中比较难以解决的问题，本文采用复合单元来实现板单元与实体单元之间的过渡，复合单元可以看成是板单元与实体单元的组合，其刚度矩阵可以看成是板单元刚度矩阵与实体单元刚度矩阵的叠加，即复合单元具有三个方向的位移自由度和三个方向的转动自由度，通过对全实体有限元模型和具有复合单元的有限元模型的计算证明，采用复合单元来实现板单元与实体单元之间的过渡，其计算结果与全实体有限元模型的计算结果偏差较小，结果真实可靠。