高速列车用铝合金材料的耐撞性数值分析

利用有限元软件ABAQUS进行高速列车用铝合金材料的耐撞性数值分析.分析了钢和铝合金薄壁圆柱在轴向力作用下的动力学响应.所有的参数,如弹性模量,密度,屈服应力取自文献[6]中的试验数据,在相同的条件下,通过比较两者的数值结果验证了参数正确性和可靠性.碰撞能量一定,对应于不同的碰撞速度,比较了钢和铝合金薄壁圆柱受到的平均作用力,以及它们最后变形的塑性铰的个数.数值试验表明,在碰撞能几乎全部被吸收的情况下,对于不同的碰撞速度5、30、65、80m/s钢材薄壁圆柱比铝合金薄壁圆柱所受到的平均作用力大,变形后塑性铰的个数少.     

车辆吸能部件的薄壁结构碰撞研究

保证车体的塑性大变形破坏限制在非载人区，实现车体结构合理的变形顺序和符合要求的大变形模式是决定车体吸能能力和控制减速度的关键。由于结构的变形模式决定了其大变形的力学特性及吸收冲击动能的能力，为了得到具有良好力学特性的吸能结构，需要对各种结构塑性大变形模式进行研究。本文用数值计算方法研究了几种典型薄壁结构在撞击时的变形模式和力学特性，通过薄壁结构的计算分析，最后以设置“伪”塑性铰的方法设计了正弦形状薄板并进行了撞击分析。研究结果表明该结构具有较好的力学特性和稳定的变形模式。     

弹簧碰撞塑性应变及有限元分析的材料模型选用研究

采用有限元软件仿真分析了弹簧碰撞塑性应变特性及材料模型对塑性应变和当量应力的影响。建立弹簧模型,假定弹簧材料不变,使用不同速度的撞击物撞击弹簧,撞击物模型分别选用刚体模型和动塑性模型,分析塑性应变的产生原因。仿真结果表明了刚体模型和动塑性模型对塑性应变及最大当量应力的影响,对碰撞仿真过程中材料模型的选取具有指导意义。     

脉冲型地震作用下 RC框架结构抗震性能评估

通过选取脉冲型地震记录100条,拟合脉冲型加速度反应谱后与中美规范谱进行比较,利用拟合的反应谱转换成需求谱,对一10层RC框架结构进行基于Pushover分析的抗震性能评估,研究脉冲型地震动对RC框架结构抗震性能的影响。研究结果表明:通过对比拟合谱与中美规范谱,我国规范谱不考虑脉冲效应,在速度敏感区内取值偏小;UBC97规范谱通过增大加速度敏感区的宽度及增加位移敏感区的平台段来考虑脉冲效应,取值偏保守。8度多遇、罕遇地震时,拟合需求谱下结构基底剪力和最大层间位移角都远大于规范需求谱下结构基底剪力和最大层间位移角。8度罕遇地震时,规范需求谱下只有框架梁出现塑性铰,框架柱未出现塑性铰;拟合需求谱下底层框架柱柱脚出现塑性铰,局部框架梁塑性铰变形加大且塑性铰分布范围更广,表明脉冲型地震对结构提出更高的位移和能量耗散需求。     

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。     

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。     

系统参数对独立轮对轻轨车辆动力学性能的影响

研究在轴重相同条件下,车辆相关结构参数及悬挂参数变化对独立轮对型式轻轨车辆系统动力学性能的影响特性,特别是研究通过曲线时的轮轨作用力、脱轨系数、摩擦功率的变化情况以及在轨道随机不平顺激扰作用下车辆乘坐舒适度指标变化特性。     

高速动车组碰撞安全性研究

2011年7月国内发生了两列动车组追尾碰撞事故。基于多体动力学理论,运用SIMPACK软件建立了两列高速动车组多体系统动力学模型。采用数值方法对两列8节编组动车组碰撞过程进行了分析和研究。获得了不同速度碰撞工况下列车各车辆的冲击加速度、各个碰撞界面冲击力、碰撞行程、各轮对轮重减载率等参数的变化规律,实现了对高速动车组不同碰撞工况下安全性评估。结果表明,列车以较低速度碰撞时,钩缓装置和吸能结构可保护车厢主体不变形;当碰撞速度较高时,车厢主体受到破坏,乘客空间遭到侵入,且列车安全性指标超过相应限定值。     

铁路门式墩非线性时程反应分析研究

研究目的:门式墩属于典型的钢筋混凝土桥墩,在罕遇地震作用下,应进行非线性时程反应分析。本文以某铁路门式墩为研究对象,通过人工生成地震波,利用纤维塑性铰单元建立Midas非线性有限元计算模型,计算其在罕遇地震波下的动力响应。研究结论:(1)将纤维塑性铰模型用于门式墩这种墩柱轴力的时变较大的结构进行非线性弹塑性地震响应分析是可行的;(2)算例计算结果表明:按照规范规定配置箍筋的情况下,门式墩潜在塑性铰区域均不同程度进入了塑性工作状态,在7度(0.1g)和8度(0.2g)的水准下,延性比的平均值分别为1.60和3.02,在9度(0.4g)的水准下,需将截面配筋率提高至1%,延性比的平均值为4.51,满足规范要求;(3)非线性时程反应分析时,设计人员除了需要关心延性比的数值是否满足规范要求以外,还应特别注意查看塑性铰区域截面的状态,以确保结构不发生倒塌;(4)鉴于非线性时程反应分析的理论和软件越来越成熟,规范宜明确给出分析所需的各种参数,便于技术人员进行准确的应用;(5)本研究成果可用于铁路桥梁抗震设计。     

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。     

基于离散元法的铁路沿线非饱和边坡流动与冲击分析

为降低降雨入渗对铁路边坡安全性的影响,对云南普洱市一铁路修建现场区域内存在的典型非饱和边坡进行稳定性分析.引入了黏附-再黏附模型,并通过模型试验以及离散元法分析不同参数条件下的土体崩塌特征和支护下的最大冲击力.研究结果表明:引入黏附-再黏附模型后的离散元法能很好地再现黏聚力作用下非饱和土边坡的崩塌行为;通过将非饱和土的...     

微型桩地震动力特性数值模拟研究

微型桩是一种新型边坡支挡结构,地震中耗散能量较多,在边坡工程抗震抢险中被优先使用。目前微型桩的研究主要为静力特性的研究,对其动力特性的研究较少。运用数值软件FLAC3d对平行布置微型桩和"人"字形布置微型桩的动力学特性进行分析研究。研究表明:两类微型桩在地震作用下弯矩呈现"S"形分布特点,剪力呈现"〉"形的分布特点;当地震波峰值加速度0.4g时,地震作用对两类微型桩的弯矩和剪力影响较小,当地震波峰值加速度≥0.4g时,地震作用对两类微型桩的弯矩和剪力影响较大;"人"字形微型桩同平行微型桩相比桩身弯矩较大、剪力较小,"人"字形微型桩的抗震承载能力更强,抗震效果更佳。     

导电密封胶对不锈钢车体电阻点焊焊接性能影响研究

分析了电阻点焊原理,对相同的点焊搭接方式,分别采用3种工况进行焊接试验。3种工况分别采用相同焊接参数对搭接接触面涂导电密封胶和不涂导电密封胶的试件进行焊接;优化焊接参数后,对搭接接触面涂导电密封胶的试验件进行焊接。对3种工况下完成的焊接试件进行拉伸力检测试验、金相熔核尺寸检测和缺陷检测试验,对熔核直径、拉伸力、熔核内部缺陷的试验结果进行分析。试验结果表明:导电密封胶对电阻点焊的焊接性能存在影响;通过适当优化焊接参数,可以提高涂导电密封胶试件的焊接性能,焊接质量能够满足产品焊接要求。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道凸形挡台树脂离缝成因分析

针对目前在桥梁地段CRTSⅠ型板式无砟轨道凸台周围树脂离缝,建立CRTSⅠ型板式轨道力学模型,采用可压缩超弹单元模拟树脂层,分析不同扣件阻力、轨道板与CA砂浆间的摩擦阻力条件下的填充树脂层受力。结果表明:在纵向荷载作用下,一旦树脂层发生塑性变形,随着荷载消失和温度下降,树脂层将无法完全回弹,因而产生离缝,并在梁端转角和列车振动荷载作用下进一步发展;在扣件纵向阻力较大时,树脂层会从轨道板下表面与树脂层相接触的位置剪切破坏;轨道板与CA砂浆层之间的摩擦阻力对树脂层的压缩位移和剪切应力的影响不大。     

UHPC薄板屈曲试验及临界板厚比研究

UHPC材料是一种新型纤维增强水泥基复合材料,利用材料强度高的特点设计建造桥梁通常为薄壁箱形结构,薄壁箱梁存在剪力滞效应、扭转畸变、翘曲失稳等问题。为研究UHPC箱梁顶板翘曲失稳,指导UHPC薄壁箱梁结构避免局部失稳破坏先于材料强度破坏,进行不同边界条件均布加载的19个UHPC薄板屈曲荷载试验研究。结果表明:UHPC板的屈曲主要有局部受压破坏、单方向裂缝破坏和双向裂缝破坏3种;屈曲荷载计算应引入材料和制作修正系数0.7;UHPC板最大幅值位于h/2高度,并只产生一个半波。最后对屈曲荷载试验值进行有限元计算分析对比,并通过欧拉公式推导UHPC箱梁顶板的临界板厚比限值。     

轨道交通混凝土异形桩减隔振效果研究分析

为了研究轨道交通应用混凝土异形桩的减隔振效果,通过无限元边界与有限元边界相结合的有限元分析方法进行模型建立和分析研究,并通过模型试验方法对混凝土异形桩减隔振效果进行验证与研究。结果表明:有限元计算方法和模型试验方法得出结果的趋势吻合,可以有效反映出减隔振措施的实际效果;异形桩空心率越小减隔振效果越好,但随着距离增加空心率对减隔振效果的影响快速降低;异形桩内部形状变化对减隔振效果几乎没影响,而异形桩外部形状变化对减隔振效果有一定影响,同时不论是内部形状还是外部形状变化圆形都略好于方形;异形桩空心不填充原状土比填充原状土减隔振效果好,而填充原状土1 000~1 900 kg/m3,减隔振效果几乎没有变化。     

波浪力作用下钢管桩施工平台随机动力响应分析

采用有限元分析程序提取了平台的各阶自振频率,以有效模态质量参与系数作为模态选择的依据,对随机波浪力作用下考虑结构与水耦合的的动力响应进行计算,并分析了附连水质量及动水阻尼对结构随机动力响应的影响。通过施工平台静、动力计算结果的比较,建议在进行施工平台的设计时,应充分考虑到波浪力的动力效应。     

桥上有砟轨道无缝道岔非线性阻力及其影响分析

为了分析考虑阻力弹塑性变化的高速铁路桥上无缝道岔纵向力演变机理,使用试验与理论分析相结合的方法,全面考虑了道床纵向阻力的弹、塑性变化特征。进行扣件系统反复加卸载试验和有砟道床阻力测试,通过研究线路纵向阻力退化现象,分析其产生机理,并构建无缝道岔新型线路阻力本构模型。以高速铁路18号无缝道岔为例,在ANSYS中建立考虑边界效应的岔-桥-墩一体化模型,将试验所得参数与规范值进行仿真分析对比,深入分析考虑阻力弹塑性变化时对桥上无缝道岔受力及变形的影响。结果表明,当梁轨相对纵向位移较小时,使用规范规定的线路纵向阻力进行高速铁路桥上无缝道岔受力与变形分析,会使计算结果与实际相比普遍偏小。当出现阻力强化现象时,使用规范值进行无缝道岔的受力变形计算所得的结果偏于不安全。建议在实际工程中应尽量进行大量的试验分析,从而修正规范值。     

基于不同计算方法的地铁车站结构抗震性能分析

我国地铁车站结构抗震性能分析仍相对滞后,特别是在各种抗震计算方法分析结果的对比研究方面。针对这种情况,以北京某地铁车站为背景,采用惯性力法、反应位移法及动力时程分析法3种抗震设计方法对地铁车站进行了结构抗震性能分析,得出了水平地震荷载作用下矩形车站结构的柱、板、墙各构件内力分布特征。结果显示:3种计算方法得到的各内力分布规律较为一致,其最大受力部位在底板与柱子交接处,但对于同一个内力而言,内力值有所差别。重点分析了3种抗震设计方法计算结果之间的差异。     

大断面小净距隧道断面优化及其设计参数研究

对于大跨度小净距隧道而言,合理扁平率及双洞间距的设计对于节约成本,提高隧道线形规划具有至关重要的作用,因此,优化大跨度小净距隧道的扁平率及其间距是隧道设计施工面临的关键问题。以某双洞8车道隧道施工为研究背景,通过数值模拟及理论分析,对断面优化及其设计参数进行了深入研究。研究结果表明:随着高宽比的增加,拱顶位移逐渐减少,水平收敛逐渐增大,在高宽比为2.0时达到理想状态,这个时候的拱顶位移和水平收敛基本相同,此时断面有利于开挖。当高宽比取理想高宽比2.0时,这时应力较均匀,是开挖的理想断面,同时考虑行车通行的建筑界限,取高宽比为0.6333是合理的。隧洞埋深对塑性半径和周边位移的影响极大;弹性范围内的支护阻力与隧洞变形成正比;塑性半径随着围岩强度的增加而减小。