铝合金车体前端结构抗撞性优化设计

为提高列车在碰撞事故中的耐撞性能并保证乘客的安全.以铝合金车体为研究对象,应用碰撞仿真软件PAM-CRASH对客车铝合金车体进行大变形碰撞仿真,并在此基础上利用多学科优化软件iSIGHT对车体前端吸能结构的进行优化,得出在碰撞过程中车体结构的变形模式以及车内乘客身体的受力和加速度情况,并对车体前端吸能结构进行最优化设计,满足轻量化要求,从而实现车辆的被动安全保护和耐撞性优化设计.     

耐冲击吸能车体

借鉴两个美国标准提出了列车端部吸能区和中部栽人区的评价指标，采用数值模拟方法，对25型车体与刚性墙进行了撞击计算。结果表明，耐冲击车体在吸收规定的5MJ的塑性变形能的情况下，仅车体的端部发生了塑性变形，车体的中间部位仅发生弹性小变形；塑性变形位移量较改进前有较大提高，且撞击力明显减小，加速度指标明显改善。     

城轨列车虚拟碰撞研究

以城市轨道车辆为研究对象,建立一列出口沙特城轨车的适用于高度非线性碰撞的有限元模型,结合碰撞的实际工况,对十二节编组列车满载时以20 km/h撞刚性墙进行碰撞仿真,分析整列车在碰撞时的车体头部以及两车连挂处产生塑性变形的程度,车与车之间的吸能情况,从而寻找车间的撞击力、撞击作用时间、以及各车的速度、加速度等一系列参数的...     

基于能量的船桥碰撞力计算方法

以有限元分析为基础,对1万t级的船舶分别采用不同的撞击速度对桥梁进行正撞分析,得到最大正撞力.采用回归分析方法,比较了船舶初始动量与最大正撞力、初始动能与最大撞击力之间的关系,得到相应的计算公式.与AASHTO公式、修正的G.Wosion公式进行了比较和误差分析,结果表明,基于能量的桥梁船撞力计算方法能很好地计算出船撞力,且误较小.同时,该方法的计算结果很好地反映了船舶初始动能与撞击力之间的关系,并且形式简单,计算方便.     

角钢支承钢管架防撞设施的性能分析

为猎德大桥9#墩设计了角钢支承钢管架防撞设施.根据显式瞬态非线性有限元分析技术,考虑了碰撞中的材料非线性、几何非线性、接触非线性、运动非线性以及它们之间相互耦合的特性,用ANSYS/LS-DYNA软件建立了包含9#墩防撞设施和碰撞船的有限元数值仿真模型.仿真结果反映了角钢支承钢管架防撞结构的基本性能,碰撞的整个时间历程得以全面的模拟实现.获得了角钢和钢管不同参数变化的情况下防撞设施撞深、撞击力及吸能等参数的变化情况.从总体上说,撞深随着撞击力的增加而增加,防撞装置在抵抗撞击时,钢管起到主要吸能的作用,角钢的吸能值约为钢管的1/5.在设计时,钢管的直径不必设计得过大,角钢的尺寸设计应以撞深的要求为基础.     

基于RCAR试验的电动SUV低速保险杠耐撞性研究

为研究某款纯电动SUV保险杠在低速正面碰撞工况下的耐撞指标,提高其耐撞性能。首先依据RCAR保险杠低速碰撞试验及评价方法,建立某纯电动SUV正面全宽低速保险杠碰撞有限元模型;其次,从防撞梁、吸能盒的吸能和变形以及车体损坏情况等对仿真结果进行分析。结果表明,模型防撞梁强度不足,导致吸能盒未发挥低速吸能效果,风扇受到挤压。最后从防撞梁截面型式、材料,厚度3个影响防撞梁强度的因素出发,提出3种优化改进方案。研究表明,方案3防撞梁低速碰撞耐撞性最好,在满足轻量化要求的同时满足了RCAR测试的要求。     

列车撞击荷载的有限元数值分析

为获得列车脱轨撞击荷载,分析列车撞击时盾构隧道的动力响应,建立了列车编组的三维撞击有限元模型,探讨了不同列车编组、不同撞击速度和撞击角度下列车近似撞击力时程曲线,分析了列车撞击力最大值和撞击时间与列车撞击速度和角度的关系,并将典型撞击荷载用于分析不同厚度二次衬砌管片衬砌的动力响应.结果表明:列车编组数量一定时,列车斜向撞击力最大值随撞击速度和撞击角度增大而增大;当撞击角度增大到7.5后,撞击力作用时间随撞击速度增大而延长;根据列车撞击力最大值出现时刻不同,可将撞击力时程曲线划分为2类特征曲线,其中第1类特征曲线(撞击瞬间撞击力达到最大)总体上符合高斯多峰拟合公式,可用10个参数近似拟合.二次衬砌厚度增大能有效减小管片衬砌应力、速度、加速度等动力响应以及拉、压损伤区域.      

基于ANSA正面100％碰撞的某SUV车身耐撞性分析

为研究某SUV在100％ 正面碰撞事故中的耐撞性,基于ANSA建立某SUV整车正面100％ 碰撞仿真模型.依据《C-NCAP管理规则(2018年版)》法规中正面碰撞试验及评价方法进行碰撞分析,以B柱加速度、车门变形量、保险杠变形量、前围板侵入量等作为评价指标,对车身耐撞性进行评价分析.结果表明:保险杠与前纵梁变形良好,是碰撞过程中主要吸能部件;左右两侧B柱最大加速度分别为35 g、38 g,满足碰撞要求;门框变形量分别为22 mm、14 mm,满足变形要求;前围板最大侵入量为153.1 mm,超出目标值,需要进行结构或强度的改进和优化,并提出优化方案.     

机车车辆车钩缓冲装置及吸能装置的耐撞性研究

为了研究某机车车体结构的耐碰撞性能,基于仿真软件的工程应用,建立了详细有效的机车车辆车体结构非线性动力学有限元模型.其中,重点对机车车钩缓冲装置和吸能装置进行了详细的有限元模拟.并以装有车钩缓冲装置和吸能装置的机车以10 km/h速度撞击刚性墙为例,验证了该机车的耐碰撞性能.结果表明,该机车在碰撞过程中,车钩缓冲装置和吸能装置很好的发挥了其能量吸收作用,机车车体结构没有发生塑性变形.     

船撞桥梁下部结构撞击力研究

近年来,船舶撞击桥梁的事故时有发生,严重威胁了桥梁结构安全和城市交通的运营。为减小船撞桥带来的损失,需提高桥梁的抗撞能力。为达到既能保护桥梁又能在经济上实现最优化的效果,必须了解桥梁河段内船舶对桥梁的最大撞击力,借助于ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序,仿真模拟各种情况下船撞桥的过程,分析归纳撞击力结果,总结出简化的撞击力计算公式,并与各规范公式进行比较,为该研究方向或工程设计提供一定的参考。     

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.      

轨道车车体强度分析的工程方法

分析国内外车体强度规范中的计算方法,以国内最新研制的某型轨道车车体为例,研究车体有限元模型生成方法和车体强度计算方法,并提出了一套关于车体强度评定的工程方法,为车体结构设计和强度分析提供了可靠的理论依据.并根据计算结果对轨道车车体进行了结构优化,保证了轨道车最大轴重满足设计要求.     

DKQ弯曲单元的构造及应用

为了研究复杂载荷作用下薄板结构的受力,基于离散Kirchhoff原理,推导了三角形弯曲薄板单元的应变矩阵、刚度矩阵中的显式面积坐标积分方法,根据变分原理构造了任意四边形弯曲单元DKQ,引入对称及反对称畸变模式进行网格畸变敏感性分析,将DKQ弯曲单元与平面应力单元组合,得到了用于薄板分析的四边形平板单元,并编制了有限元分析程序。计算结果表明:相对偏移量从-0.18变化至0.18,反对称畸变模式下挠度最大误差为1.83%,而对称畸变模式下挠度最大误差为0.99%;对某地铁车体结构,计算结果与ANSYS结果误差在3.5%之内,这说明构造的DKQ弯曲单元对网格畸变不敏感,具备良好的位移解收敛性和计算精度。     

轻型货车前纵梁碰撞吸能特性分析

为分析某轻型货车前纵梁碰撞吸能特性,以碰撞理论为基础,运用CATIA软件建立前纵梁有限元分析模型,进行ANSYS/LS-DYNA模拟仿真。结果表明:车架前纵梁在碰撞中的变形吸收了大部分的能量,车架的最大变形位于纵梁的变截面处;纵梁的初速度为13.5 m/s,货车整备质量2.5 t条件下,碰撞发生2 ms后由于材料的塑性变形而产生峰值减速度,随后材料变形失效;车架前纵梁吸能特性与减速度相似,位于碰撞发生2 ms时出现吸能峰值。     

高速公路拓宽方式对路基沉降的影响

为了研究高速公路拓宽方式对路基沉降的影响,结合西潼高速公路改扩建工程,针对单侧拓宽和双侧对称拓宽方式建立了路基沉降数值模型,利用有限元方法分析了路基顶面沉降、差异沉降与坡脚水平位移的变化规律,并选定试验段进行双侧对称拓宽方式下的数值模拟分析和分层总和法计算,同时进行了路基沉降观测。分析结果表明:拓宽相同宽度时,双侧拓宽的旧路基中心沉降减小幅度较单侧拓宽增加15.2%;两侧各拓宽2车道时,路基差异沉降是单侧拓宽4车道时的24.3%;随着拓宽宽度的增加,旧路基中心沉降增量逐渐减小,最大沉降位置在距新建路基边缘内侧3～5m处。数值模拟、分层总和法计算及现场观测最大沉降分别为18.40、18.74、16.06mm,表明数值模拟方法可靠,模拟结果与观测结果基本相符。     

Mechanical Behaviors of Submerged Floating Tunnel under Current Effect

Introduction Submerged floating tunnel ( SFT) provides acomplete new option for crossing of waterways, andcan connect both lands and channels where appropri-ate[1-5]. Being a structure not buried deeply in theground, but suspended in a certain depth below…     

提速线路轨道不平顺波长的动力仿真

基于耦合动力学理论,利用有限元方法建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,输入不同截止波长的不平顺数据进行动力仿真计算,以确定轨道不平顺管理波长范围.高低不平顺主要影响车体的沉浮和点头运动,引起车体垂向加速度增大;轨向不平顺主要影响车体的侧滚和摇头,引起车体横向振动加速度增大.长波不平顺的影响主要体现在车体振动上,因此本文选定车体加速度作为确定不利波长的判定指标,对提速线路200km/h和250km/h速度下轨道不平顺波长管理的范围进行了探讨,并提出了提速线路轨道不平顺波长管理的建议.     

民机机身结构适坠性研究

以民机机身结构为研究对象, 按照积木式研究方案的不同层级, 即材料级、元件级、细节件级、子部件级、部件级、整机, 阐述了民机机身结构适坠性试验及数值模拟方法; 总结了世界范围内在子部件级(货舱地板下部机身框段)和部件级(机身框段)开展的适坠性研究, 对比分析了机身框段结构坠撞破坏模式, 阐述了机身框段适坠性设计方法; 阐述了民机机身结构适坠性符合性验证及评估方法, 展望了民机机身结构适坠性设计、验证及审定的未来发展方向。研究结果表明: 材料失效和连接结构失效是民机机身坠撞过程中的主要失效模式, 材料本构模型和连接结构失效模型对适坠性仿真分析有重要影响, 需发展更为准确的材料本构模型及连接结构建模技术, 提高其动态仿真成熟度; 在机身结构中布置吸能结构可有效改善其适坠性能, 需发展更加高效稳定的吸能结构设计及布置方案, 以最大化提升机身结构适坠性能; 细节件级和子部件级试验及仿真分析提供了评估失效模式、破坏机理和吸能能力的解决方案, 需进一步发展高精度测试技术及有限元仿真分析技术, 以有效支持部件级和整机适坠性设计、验证及适航审定; 发展含不确定参数的适坠性优化设计方法及评估方法, 以避免额外试验和后期结构更改; 系统开展适坠性积木式试验, 有效支持有限元模型验证及评估工作, 发展经积木式方法验证的有限元仿真分析来表明适坠性符合性, 以减少适坠性验证时间及成本, 并指导适坠性试验设计及结构设计。      

基于实船测试的散货船舱段直接计算方法研究

在实船测试的基础上,对测试船舶建立舱段有限元模型.按照实船测试时的海况对舱段模型施加相应波浪载荷.提出了用舱段两端独立点A、B支反力等效舱段两端的剪力的方法.将仿真结果与实船测试应力值进行比较,在4波谷工况下仿真结果与实船测试值吻合较好,验证了舱段仿真结果的准确性,同时验证了支反力等效剪力的有效性.     

轴压作用下CFRP加固圆钢管短柱的静力承载力分析

为了研究轴压作用下碳纤维增强复合材料（carbon fibre-reinforced polymer,CFRP）加固圆形空心截面（circular hollow section,CHS）钢管短柱的极限承载力,对轴压作用下CFRP加固CHS钢管短柱进行了理论和数值分析. 理论分析中,利用等效截面法推导了两种不同粘贴方式（全环向粘贴以及环向和纵向交替粘贴）的CFRP加固圆钢管短柱在轴压作用下静力承载力的理论计算公式;数值分析中,将特征值屈曲与Riks法相结合建立了轴压作用下CFRP加固圆钢管短柱的非线性有限元分析模型. 对该模型中的环向和纵向CFRP进行应力分析后发现,环向CFRP处于拉伸状态,约束钢管的径向变形;纵向CFRP会承担轴压荷载中的部分压力,限制钢管的变形. 最后,将所建立的有限元分析模型结果和所推导的理论公式结果与已有文献的试验结果进行对比,发现三者之间的最大误差不超过2%,验证了建立的有限元模型和所推导的理论公式分析结果的准确性.