不同诱导结构对折叠式压溃管动态吸能影响

建立带预压结构的折叠式压溃管有限元模型,得到其动态冲击下轴对称变形模式和撞击力-位移曲线,对折叠压溃管进行动态冲击实验,有限元仿真结果与实验结果的变形模式和撞击力-位移曲线吻合良好,验证了有限元模型的准确性。通过仿真分析发现预压缩能减小圆管在动态冲击下的第1个褶皱波长,但对整体变形模式和撞击平台力大小基本无影响。在此基础上,对无预压圆管开设4种不同的诱导结构:外表面开槽诱导和内外表面交替开槽诱导、外波纹诱导、内外表面波纹管诱导,分析发现内外表面交替开槽和内外波纹管诱导结构能控制圆管的变形模式,外表面开槽诱导对圆管的褶皱波瓣形状有一定影响,外表面波纹诱导会让圆管呈现一定的非对称变形。与初始圆管相比,4种诱导圆管中,只有外部开槽诱导下的圆管比吸能增大,同时载荷波动系数减小29.4%,撞击平台力与初始圆管基本相当。本文可为折叠式压溃管吸能特性优化提供参考。     

钢板拉伸-弯曲式大行程吸能装置研究及优化

提出一种新型大缓冲行程吸能装置,该结构利用金属吸能板在冲击作用下产生重复弯曲-拉伸塑性变形吸收冲击动能,具有远大于其自有长度的变形行程.首先开展吸能结构样机落锤冲击试验,研究在冲击载荷下的力学特性.结果表明,吸能结构整个冲击过程稳定可控,初始峰值力为21.88 kN,稳定变形力为10 kN.随后建立有限元模型,经比较仿真结果与试验误差在10％范围内,充分证明了有限元模型的有效性.通过有限元仿真分析吸能装置的变形特性,以及钢板厚度和宽度,导轮半径和导轮数量对其吸能特性的影响.最终得出随着结构的板厚,板宽度,导轮数量的增加以及导轮半径的减小,装置的撞击力和吸能量均呈增加趋势.     

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。     

列车端部双层方管组合式吸能结构耐撞性研究

为了克服现有缓冲吸能装置不能同时满足高比吸能和低撞击峰值力的问题,提出一种具有内外双层方管的组合压溃式金属薄壁方管吸能结构,该结构具有压缩效率高,吸能量大的优点.根据列车安装空间要求对吸能结构进行初步几何参数设计,建立详细的有限元模型,并进行相关数值仿真模拟.针对吸能结构设计方案进行实物样机试制,开展吸能结构轴向动态冲...     

一种双级式列车吸能防爬装置耐撞性分析

文章首先利用Hyper mesh软件建立了列车双级式吸能防爬装置的有限元模型,并基于该有限元模型对蜂窝结构强度对双级式吸能防爬装置耐撞性的影响进行了研究分析。结果表明,该吸能结构可以形成有序的变形模式。初始峰值力和平均撞击力随着蜂窝A强度或蜂窝B强度的增加而增加。该结构能量吸收量主要受蜂窝A强度影响,而蜂窝B强度则对初始峰值力有较大影响。     

循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土动力特性研究

新建隧道钻爆施工过程中,邻近既有隧道机制砂喷射混凝土支护结构往往会承受循环冲击荷载。为研究轴压对循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土动力特性的影响,采用改进的大直径分离式霍普金森压杆试验装置,开展4个轴压水平下的机制砂喷射混凝土循环冲击试验,分析循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土的动力特性。研究结果表明：轴压和冲击速度对机制砂喷射混凝土的破坏形态、峰值应力、峰值应变和应变率均有较大影响,轴压的增加能够有效抑制试样的变形;轴压相同时,冲击速度越大试样破坏所需的冲击次数越少,冲击速度相同时,试样破坏所需要的冲击次数随轴压增大而不断增加;冲击速度和轴压均相同时,随着冲击次数的增加,试样峰值应力和动弹性模量不断降低,峰值应变和应变率不断增加,轴压对试样动弹性模量的影响不显著;随着冲击次数增加,试样的累计比能量吸收值呈线性增加趋势,冲击速度相同时,轴压越大,试样破坏时所需累计比能量吸收值越大,亦即轴压的增加可以显著提高试样的耗能能力,从而减缓试样力学性能的劣化进程。     

蜂窝芯体高速冲击性能研究

对蜂窝芯体承受局部高速冲击时的动态响应和变形模式进行研究,主要关注弹体高速冲击蜂窝芯体并最终停留在蜂窝芯体内部的情况.进行时速为394,507,627 km/h的高速冲击试验,建立该冲击过程的有限元模型,有限元仿真结果与实验结果的侵入深度数据和变形模式吻合良好,验证有限元模型的准确性.通过对比2种结果,发现在200～7...     

黄土湿化特性的三轴试验研究

研究目的：本文旨在通过三轴试验，研究黄土湿化应力应变关系、强度特征及影响因素。 研究方法：通过等围压固结湿化试验和三轴剪切湿化试验进行研究。 研究结果：获得不同围压条件下固结湿化变形随时间变化规律，初始含水量、压实度的影响规律；获得不同应力水平下湿化应力应变关系、剪切湿化变形规律以及湿化对强度的影响等成果。 研究结论：（1）湿化变形受初始含水量及压实度的影响很大；（2）湿化条件与不浸水条件下，应力一应变关系均表现为应变硬化特性；（3）剪切湿化体积变形随应力水平的增加而减小，轴向变形随应力水平的增大而增大；在同一应力水平下，体积变形与轴向变形均随平均主应力的增大而减小；（4）湿化不仅降低了黄土的强度，也降低了黄土达到破坏时的应变。     

轴向冲击下薄壁方管屈曲模式及初始峰值力控制研究

基于冲击试验和仿真实验手段对带隔板方管吸能结构的碰撞力学响应特性进行分析,建立有限元模型,采用显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA进行数值仿真,并与试验结果对比,误差基本稳定在5%以内,验证该数值仿真模型的有效性。研究结果表明:结构变形模式为稳定可靠的轴对称模式。研究隔板结构与诱导结构对吸能特性的影响,得出结构在隔板的约束下产生更多的屈曲褶皱,吸能量提高17%。诱导结构对结构整体吸能量影响不大,可以显著降低结构的初始撞击力峰值,降低百分比达到42.3%。     

新型机车联轴节疲劳寿命预测

为了准确模拟某新型机车转向架联轴节的疲劳寿命分布,结合其实际运营载荷,编制出联轴节疲劳寿命仿真计算的载荷谱.基于ANSYS有限元分析软件和n-Code疲劳分析软件,应用准静态叠加法和线性累积损伤理论埘该联轴节的疲劳寿命进行了仿真分析,并仿真了联轴节在承受瞬态冲击时的疲劳寿命.计算结果表明,联轴节的疲劳寿命满足设计要求.     

基于ANSYS的压力容器表面凹坑缺陷安全评定分析

采用通用有限元程序ANSYS建立了移动式压力容器筒体外壁表面凹坑(轴向和周向)的有限元模型。结合筒体表面凹坑的应力理论计算,研究探讨了在恒定内压下,筒体表面凹坑缺陷处的应力分布与凹坑几何尺寸之间的关系。以第三强度理论作为仿真终止判据,获取凹坑各几何参量的阈值,利用MATLAB对阈值进行最小二乘拟合,绘制出凹坑缺陷的安全评估参考曲线。拟合结果表明:轴向和周向凹坑对筒体局部结构强度的影响不同,对应的安全评估参考曲线存在区别。     

半刚性防护系统试验与多跨模型数值分析

为研究半刚性防护系统的抗落石冲击能力,开展了2组足尺落石冲击试验,研究了该系统的变形特征和传力机理,明确了其两阶段传力工作状态。基于LS-DYNA进行落石冲击整体系统的全过程模拟,对试验和数值仿真结果的钢绞线内力、特征点位移、钢柱应力进行对比,二者吻合较好,验证了计算模型的正确性。在此基础上,开展了5、7、9、15跨模型的数值分析。计算结果表明:7跨模型为最不利工况,落石位移、钢绞线拉力较大;当采用3跨模型作为等代模型时,落石位移宜增大5%,直接承受冲击的钢绞线内力宜增大20%,未直接承受冲击的钢绞线内力宜增大15%;引入钢绞线拉力衰减系数,直接承受落石冲击的钢绞线拉力衰减最多,越靠近钢柱自由端,其拉力衰减越少;随着跨数增加,边跨的边界效应逐渐降低,端柱的屈曲和应力集中现象得以缓解,7跨以上模型端柱不再屈曲,并对比了系统中主要构件的耗能分布以及系统的性能曲线。研究结果为半刚性防护系统的设计提供了理论基础。     

螺栓失效对压剪复合型弹性车轮强度安全性影响

弹性车轮螺栓用以紧固轮芯和安装环,在工作过程中承受预紧力和拉伸载荷,其应力状态对弹性车轮的运行安全至关重要.通过建立弹性车轮三维有限元模型,模拟螺栓在螺栓载荷作用下的初始受拉状态,利用接触单元和目标单元模拟各部件之间的接触状态,设置过盈量模拟轮芯与安装环之间、橡胶与轮辋之间的初始过盈接触状态.参考国际铁路联盟标准UIC...     

大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥极限承载能力研究

研究目的:钢桁梁柔性拱桥具有强大的承载能力及跨越能力,也是大跨度铁路桥梁常用桥型之一,其跨度不断发展。针对铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力问题,本文同时采用MIDAS及ANSYS两种有限元软件建立一座双主跨360 m的大跨径下承式钢桁梁拱桥的有限元模型,通过对比双主跨满载等三个荷载工况的线弹性承载力分析,并考虑结构几何非线性、几何与材料双重非线性的影响,系统分析大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力。研究结论:(1)由线弹性承载力的计算对比分析可知,实际结构在恒载+主跨满载的工况下,结构的受力最不利杆件为拱肋及主桁上弦杆和斜腹杆部分,杆件应力达到屈服时的承载力系数最小为2.06;(2)线弹性极限稳定承载系数介于10.64～12.46,均为拱肋的整体失稳破坏,最不利的荷载工况为恒载+主跨活载,表明桥梁结构的稳定承载力远大于杆件强度承载力;(3)考虑p-Δ效应与整体、局部几何偏位初始缺陷后,计算得到的稳定承载系数依次降低至2.75、2.65,表明几何偏位初始缺陷会显著降低极限稳定承载能力,考虑材料非线性后极限稳定承载力系数进一步降低至2.20;(4)验证了桥梁结构具有良好的稳定承载能力及构件强度承载能力,可为类似桥梁极限承载能力分析提供参考。     

密接式车钩连挂特性影响因素分析

根据列车纵向动力学相关理论,利用ADAMS软件建立2车钩冲击连挂动力学模型,且模型经过台车冲击试验数据验证,最大冲击力和运动车钩缓冲器最大压缩量相对误差均不超过3%。利用该模型分别研究不同冲击速度、不同惩罚参数和不同钩锁弹簧预载荷对密接式车钩连挂特性的影响。研究结果表明:最大冲击力和缓冲器最大压缩量均随冲击速度的上升而上升,但几乎不受惩罚参数和弹簧预载荷的影响;当冲击速度为36 km/h时,两车钩连挂失败,最大冲击力达到1 130.2kN,运动车钩和静止车钩缓冲器位移曲线分离,但最大压缩量都未超过缓冲器最大行程100 mm;当冲击速度上升或预载荷减小时,车钩连挂时间增加,且连挂时间随惩罚参数的增大先增加后减小,其拐点在惩罚参数为1.0×10~5的位置;惩罚参数和钩锁弹簧预载荷在一定程度上影响车钩连挂过程,当惩罚参数超过1.0×10~7或预载荷小于2.0 kN时车钩连挂失败。     

几何非线性对沪通公铁两用长江大桥的影响

在建的沪通公铁两用长江大桥是一座超大跨度、超大体量、超大活载的公铁两用斜拉桥。采用U.L空间非线性有限元分析方法,以主跨跨中挠度最大的活载工况为例,研究3种几何非线性效应对该桥的变形和受力状态的影响。结果表明,3种几何非线性对桥梁的变形和受力状态的综合影响最大达到12.60%(增大);3种几何非线性效应中,斜拉索的垂度效应对于桥梁变形和受力状态的影响最大,达到7.73%,超过了大位移效应和梁柱效应的综合影响;用Ernst公式修正拉索弹模考虑拉索垂度效应的影响时,可用恒载+活载线弹性分析得到的索力,得到的结果较准确而避免了迭代计算;若用恒载索力修正拉索的弹模,将成倍夸大垂度效应的影响,因而是不可行的。     

弓网相互作用时受电弓关键部件动载荷研究

为研究弓网相互作用时受电弓各部件承受的主要载荷,基于相对坐标方法建立受电弓多刚体动力学方程,采用模态叠加原理建立接触网动力学方程,应用赫兹接触理论构建弓网接触模型,通过四阶龙格库塔法和中心差分法求解运动微分方程。分析速度影响下弓网接触力、弓头悬挂力及受电弓各部件的运动状态,在频域和时域上分析受电弓各部件载荷动态特性。结果表明:接触压力低阶部分透过弓头及其悬挂系统传递至上臂杆,但其高阶部分被弓头弹性悬挂系统吸振而耗散;上臂杆弯矩、拉杆轴向力和下臂杆轴向力的主频基本相同,且与弓头悬挂力频率成分保持一致;相比下臂杆轴向力,其弯矩载荷含有更多的频率成分。     

高速受电弓作用下接触网整体吊弦动态力研究

以我国高速铁路目前普遍采用的弹性链型悬挂接触网为研究对象,以现场测试得到的整体吊弦动态抬升量作为有限元仿真的初始载荷,运用ANSYS有限元分析软件建立接触网的有限元模型,模拟承力索、接触线和整体吊弦的安装施工过程。在此基础上,进行接触网的静态找形分析和和瞬态动力学分析,研究受电弓作用下整体吊弦的拉伸、压缩情况及动态力变化情况。结果表明:受电弓经过时,整体吊弦的动态力波动较大,约为其静态力的6倍;同一跨内,1~#和5~#整体吊弦的吊弦力波动最大,受压幅值最大,3~#整体吊弦的受压次数最多。     

仿真技术在铁路货物转向架测试中的应用

利用有限元软件仿真计算货物转向架在承受垂向载荷时的主要结构强度,确定应力极值分布情况,提高货物转向架检测点布置准确性,从而提高货物转向架测试精度。     

蜂窝轴向压缩实验与仿真分析方法研究

基于蜂窝结构轴向压缩实验,在显式动力学有限元分析仿真平台,研究单元网格大小以及蜂窝封板连接的不同模拟方法对蜂窝结构轴向吸能特性的影响。研究结果表明:单元网格尺度由2 mm减小到0.5 mm时,蜂窝结构的变形模式与实验结果逐渐吻合,蜂窝结构的平台力、平台强度以及吸能量逐渐收敛,与实验结果相比最大误差分别从30%左右降至1%左右。封板连接方式对蜂窝吸能的平台力、平台力以及吸能量影响较小,对蜂窝结构的变形模式影响更加明显,结点耦合与接触固连方式下蜂窝变形模式相似,胶接方式更符合实际情况。