带隔板单锥薄壁方管结构吸能特性研究和多目标优化

研究轴向静载荷工况下带隔板单锥薄壁方管的能量吸收特性和耐撞性优化设计。试验和数值仿真结果证明该结构的变形模式具有规律性和稳定性,并通过静载荷试验验证有限元模型。在此基础上建立响应面模型,探究该结构不同部位壁厚对其吸能特性的影响。研究结果表明:比吸能和初始峰值力受到外管壁厚的影响比隔板厚度的影响要大。为进一步优化带隔板单锥薄壁方管的吸能性能,以外管和隔板的厚度为设计变量,以比吸能和初始峰值力为优化函数进行多目标结构优化。结果表明,优化目标比吸能和初始峰值力相互冲突,吸能比的增加会导致初始峰值力的增加。优化结果可为地铁车辆的耐撞性提供良好的设计矩阵,以获得性能更好的吸能结构。     

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.     

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。     

梯度厚度多胞管的轴向冲击性能分析和优化设计

在截面上引入梯度壁厚设计是一种很有前景的提高薄壁结构吸能效率和耐撞性能的方法.研究双面梯度厚度方形多胞管在轴向加载过程中的变形模式和能量吸收问题.基于简化的超折叠单元理论分析了通过引入梯度厚度提高吸能效率的可行性,确定了一种多胞管截面材料分布方式,并进行了数值仿真分析.仿真结果表明:在横截面引入梯度厚度使多胞管能量吸收...     

不锈钢蜂窝轴向压缩特性研究

不锈钢蜂窝在相同体积下,与铝蜂窝相比,吸能能力更强。通过对不同规格的不锈钢蜂窝进行准静态压缩试验与落锤动态冲击试验,研究其动、静轴向压缩特性。试验结果表明,由于不锈钢材料强度对冲击速度较为敏感,在动态冲击下,蜂窝的压溃强度是准静态压溃强度的1.36～1.40倍。采用数值模拟方法分析了冲击速度、孔格壁厚以及孔格边长3个因素对蜂窝压溃强度的影响。分析结果显示,不锈钢蜂窝压溃强度会随着冲击速度和孔格壁厚的增加而增加,随着孔格边长的增加而减小。     

动车组行李架耐撞性分析及优化设计

现有列车行李架仅考虑静载荷要求,为了提升动车组列车行李架耐撞性,降低碰撞事故中乘员二次损伤的风险,开展250 km/h标准动车组列车行李架的碰撞特性研究和耐撞性优化设计。首先,基于LS-DYNA显式非线性有限元程序,建立动车组列车行李架有限元模型,仿真分析现有动车组列车行李架结构碰撞响应;其次,采用加宽安装座并在行李架端部加装蜂窝吸能结构和调整螺栓预紧力的方法对行李架耐撞性进行设计,对改进后行李架的碰撞响应进行参数分析;最后,以螺栓预紧力、蜂窝吸能结构压缩强度和托架拉杆厚度作为设计变量,以比吸能、位移和冲击峰值力作为设计目标,采用优化拉丁超立方试验设计获取样本空间,构建设计变量和设计目标的响应面近似模型,选用NSGA-II遗传算法对行李架进行耐撞性多目标优化设计。研究结果表明：现有动车组行李架结构碰撞后安装螺栓失效,行李和行李架掉落,存在对乘员造成损伤的风险;改进后的行李架在碰撞时沿安装座滑动并压缩蜂窝吸能结构,通过行李架与安装座的摩擦和蜂窝材料塑性变形耗散行李碰撞动能,行李未发生掉落;多目标优化设计后得到行李架耐撞性Pareto前沿,行李架在平衡解处具有更优异的耐撞性能,且优化与仿真...     

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...     

机车车体碰撞吸能装置结构设计与仿真分析

为验证某电力机车车体的耐碰撞性能,建立了机车车体非线性有限元碰撞仿真力学模型,并分别对安装和不安装吸能装置的机车车体结构在15,20,36 km/h速度下的碰撞过程进行仿真分析。结果表明,该机车安装吸能装置后,其耐撞性明显提高,能满足设定的各项要求。安装吸能装置后,该机车车体司机室结构不损伤的临界速度为20 km/h。     

低地板列车吸能防爬装置的碰撞特性研究

为研究某型低地板列车的吸能防爬装置的吸能防爬特性,提高车体结构的正面耐碰撞性,运用非线性瞬态动力学软件LS-DYNA对其进行数值仿真,得到膨胀式吸能构件的吸能特性;然后在该吸能装置上增设导向杆,并研究了壁厚、诱导孔等几何参数对该吸能管碰撞特性的影响;最后结合该型低地板列车做碰撞仿真分析。结果表明,增设导向杆和诱导孔后的吸能防爬装置具有良好的吸能与防爬能力;壁厚能显著影响吸能管的碰撞界面力和吸收的能量,壁厚越大,碰撞界面力和吸收的能量越大。证明该吸能防爬装置符合设计要求,为吸能防爬装置在低地板列车上的合理应用提供理论指导。     

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。     

朝阳站富水砂卵石层施工动态降水控制技术研究

以长沙地铁5号线朝阳站为工程背景,对车站工程地质和水文条件,采用理论分析、数值模拟等方法对富水砂卵地层条件下基坑动态降水控制技术进行研究。通过确定降水方法,明确降水过程中地下水位动态水文变化过程排水量的计算公式;得到3个降水阶段基坑降水进入稳定的时间、地表沉降达到稳定需要的时间以及最后的沉降值。     

复合轨枕有砟轨道温度 适应性试验研究

针对复合轨枕线膨胀系数较大的特点,在步入式高低温室内铺设复合轨枕有砟轨道实尺模型,对轨道施加温度荷载,研究其温度适应性。试验中测试了不同温度下的轨距、轨枕长度变化量、钢轨和轨枕的温度。研究结果表明:复合轨枕随温度变化热胀冷缩现象明显,进而引起轨距变化,环境温度变化10℃,复合轨枕有砟轨道轨距变化约0.78～0.81 mm。建议复合轨枕有砟轨道最好铺设在较恒温地区,如隧道内;若在高速铁路中铺设,复合轨枕年温差最大应不超过50℃,同时要注意控制铺枕温度。本文的研究可为复合轨枕的进一步推广提供技术指导。     

悬挂式轨道交通箱型轨道梁巡检车的主动安全系统设计

悬挂式轨道交通系统巡检车主动安全系统运用安全激光扫描仪和速度控制模块,能够测得距巡检车1.5 m以内的障碍物,并发出警报提醒驾驶员减速。该系统在1.2 m以内测到障碍物即向PLC(可编程逻辑控制器)发出危险信号,并自动控制电机制动。仿真结果表明,巡检车正常行驶过程中,遇到突发状况时,经过大约0.34 s,滑行0.8 m即可停稳。在中车青岛四方机车车辆有限公司悬挂式单轨试验线上进行现场测试时,该系统顺利通过了安全测试,验证了该主动安全系统的准确性和可靠性。巡检车主动安全系统能够有效避免事故发生,符合巡检车安全运营要求。     

茂县隧道挤压性变形段锚杆作用效果分析

针对茂县隧道穿越活动断裂带及其影响区所遇到的挤压性变形问题,通过对1号斜井及左洞前期施工变形统计分析,以及现场锚杆施工存在的问题,针对性地提出锚杆施工工艺的改进措施,并开展长期跟踪监测。研究结果表明:锚杆工艺改进前,1号斜井和左洞收敛均值分别为689.2 mm和624.8 mm,且1号斜井变形不收敛,左洞收敛时间达6个月;锚杆工艺改进后,左、右洞水平收敛均值分别为320.4 mm和141.2 mm,相比左洞工艺调整前分别下降77.4%和40.6%,且收敛时间缩短至约4个月;按"孔腔通畅+非收缩浆液+可简单验证和不可逆转灌注满浆"的思路综合性改进锚杆施工工艺可显著提升锚杆质量,发挥其在抑制隧道挤压性变形中应有的作用。     

地铁车辆司机室骨架结构准静态 分析与试验验证

以某型地铁车辆为研究对象,对其司机室骨架结构进行设计与评估验证。根据评估标准,提出骨架结构的设计思路,并基于有限元仿真计算,对3种设计方案进行比选;对整车样车结构进行准静态压缩工况的试验,分别测试压溃力和防撞柱各高度的位移值,通过对试验数据的分析并与评估准则的条件进行对比,发现该设计方案能够满足所有的设计要求;最后,对试验工况进行有限元模拟,并对试验数据和数值计算结果进行对比分析,结果具有很好的一致性,可以作为后续研究的基础模型。     

竹筋格栅加筋山区挖填路基 受力变形研究

利用我国西部山区的竹材作为挖填路基的加筋材料,对湘西楠竹筋材的抗拉、抗弯强度进行测试,并与传统加筋材料的力学性能进行比对;基于Pasternak模型对挖填路基进行简化,对竹材加筋挖填路基抗弯变形性能展开研究;利用FLAC3D有限差分软件建立加筋挖填路基三维模型,就加竹筋格栅、加土工格栅及不加筋3种工况下的路基顶面差异沉降进行对比分析。研究结果表明:竹材能满足规范对筋材力学性能的要求;竹筋格栅加筋能有效减少路基顶面差异沉降,且其加筋效果优于土工格栅。研究成果可为控制挖填路基填挖结合部差异沉降提供技术支撑,为挖填路基的设计、施工提供参考。     

基于渐进均匀化方法的土工格室材料设计与应用

土工格室加筋层设计应考虑其各向异性的力学性能,利用试验方法测得所有各向异性常数较为困难。通过对土工格室加筋层代表体积单元进行多尺度分析和加筋路堤实体建模仿真,得到所需参数。计算结果表明:采用渐进均匀化方法能够计算三维土工格室加筋层的等效弹性常数,并推导出杨氏模量、泊松比和剪切模量;土工格室的铺设方式对加筋层水平方向的杨氏模量、泊松比和剪切模量有显著影响;加筋层水平方向的泊松比分量为负值,表明加筋层在该平面内有负泊松比特性;土工格室在路基中采用45°铺设方式比采用0°铺设方式可减少路基水平方向的变形值,但对竖向沉降几乎没有影响。     

考虑跨数影响的单线铁路简支梁桥桥墩地震响应

针对8 m和25 m 2种墩高的单线铁路简支梁桥,研究跨数对中间桥墩地震响应的影响程度。采用OpenSEES程序,分别建立2跨,4跨,6跨和8跨共4种不同跨数的桥梁有限元模型。通过不同方向、不同烈度的地震动作用下地震响应的对比分析,确定跨数对中间桥墩地震响应的影响程度。研究结果表明:在纵向地震动作用下,中间桥墩地震响应随跨数的增加而增加,并在跨数多于4跨时增加趋势变缓;在横向地震动作用下,中间桥墩地震响应随跨数的增加而先增加后减小,并在跨数为4跨时达到最大值。以上趋势随着墩高和地震烈度的增加而减小,但在桥墩屈服前后略有波动。因此,在进行单线铁路简支梁桥的普通高度桥墩地震响应分析时,为了同时提高计算精度和计算效率,建模跨数以4跨为宜。     

阻尼谐振器对地铁线路道床板低频振动的影响

介绍了一种在地铁线路道床板上安装阻尼谐振器以降低低频振动的方法。建立了道床系统有限元模型,分析道床板上安装阻尼谐振器的减振特性。在相同轨道条件下,对普通道床和安装阻尼谐振器的道床进行了锤击和在线振动测试,对比分析其频率响应函数。结果表明,在正常的地铁轨道条件下,与无阻尼谐振器道床相比,安装阻尼谐振器的道床板的低频振动可降低10 dB以上。     

高速磁浮列车悬浮导向传感器故障定位系统研究

为解决上海磁浮示范运营线悬浮导向传感器故障检测和维修时间长、成本高的问题,对高速磁浮列车悬浮导向传感器的信号处理板和线圈柔性电路板进行了分析,利用信号发生设备产生输入信号至被测电路板,由信号采集设备通过串口通信传输到上位机系统与给定信号进行比较,根据比较结果,结合查故障字典来判断故障区域,从而实现悬浮导向传感器离线故障的定位。该方法能够对传感器板卡进行快速定位,提高了维修效率。研究结果对高速磁浮列车的维护工作具有一定的参考作用。