新型城市轨道交通车辆切削式防爬器研究

[目的]当前,切削式防爬器存在切削初始峰值力过高问题,会出现刀具脱落或断裂,造成防爬器失效的情况。而且,既有双切削式防爬器极易出现内部切屑在管内堆积的情况。因此需对新型城市轨道交通车辆切削式防爬器进行研究。[方法]先建立切削式防爬器的有限元模型,通过将切削式防爬器的切削力、碰撞吸能仿真结果同相关文献的试验结果对比,验证有限元模型模拟方法的准确性。介绍蜂窝切削复合式防爬器和改进的内外双切削式防爬器的工作原理,并通过有限元模型的模拟计算,分析两种新型切削式防爬器的切削性能。[结果及结论]在切削式防爬器出现初始峰值力的位置设置诱导槽,可以有效地降低该峰值力;诱导槽的深度不小于切削深度效果更佳;诱导槽的宽度过大,会导致二次峰值力的增加,且刀具通过该诱导槽之后切削力会出现较大波动。与传统的抽屉式蜂窝防爬器相比,蜂窝切削复合式防爬器不仅吸能能力极为优秀,还能更换部件,具有可重复利用的特性。新型内外双切削式防爬器能将切屑从管内顺利排出,从而避免了切屑堆积。对比单切削式的防爬器,新型内外双切削式防爬器的吸能性能更优。     

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。     

一种新型切削式防爬器研究北大核心

为了达到高速列车碰撞过程中整车的均布吸能,实现列车各车辆同时参与碰撞吸能,提高车辆耐撞性的目的,针对现有切削式防爬器实际应用情况设计了一种切削厚度随切削行程渐变、切削行程可控的新型切削式防爬器;采用有限元软件LS-DYNA对防爬器切削吸能过程进行了数值仿真,研究了初始切削厚度对整个切削吸能过程的影响;开展了防爬器碰撞冲击试验,考察了防爬器的缓冲吸能特性,并与数值分析结果进行了对比。结果表明,当初始切削厚度较薄时,切屑呈螺旋状,卷曲曲率较小,初始峰值力较低,切削过程更稳定。由于切削行程和厚度的可调节,实现了在碰撞过程中界面力在一定范围内可控,有利于保护车体及乘员的安全。     

一种新型切削式防爬器研究

为了达到高速列车碰撞过程中整车的均布吸能,实现列车各车辆同时参与碰撞吸能,提高车辆耐撞性的目的,针对现有切削式防爬器实际应用情况设计了一种切削厚度随切削行程渐变、切削行程可控的新型切削式防爬器;采用有限元软件LS-DYNA对防爬器切削吸能过程进行了数值仿真,研究了初始切削厚度对整个切削吸能过程的影响;开展了防爬器碰撞冲击试验,考察了防爬器的缓冲吸能特性,并与数值分析结果进行了对比。结果表明,当初始切削厚度较薄时,切屑呈螺旋状,卷曲曲率较小,初始峰值力较低,切削过程更稳定。由于切削行程和厚度的可调节,实现了在碰撞过程中界面力在一定范围内可控,有利于保护车体及乘员的安全。     

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。     

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击试验,通过对比分析结果可知,仿真与试验的相对误差在5%以内,证明所建立的有限元模型是有效的。通过建立有限元模型对吸能结构的耐撞性能进行参数化研究,研究结果表明：所提出的组合压溃式金属薄壁方管吸能结构的压缩效率仅受单个方管壁厚的影响,相对于传统的带隔板单层金属方管,组合压溃式吸能结构充分利用了方管的内部空间,其内外双层方管结构明显增大了压缩效率与平均压溃力,从而大幅提升了轴向冲击载荷下的吸能量。对于吸能结构的初始撞击峰值力而言,诱导槽能够显著降低吸能结构在承受轴向冲击载荷时的初始撞击峰值力,随着诱导槽宽度和深度的增大,撞击峰值力呈现出明显的下降趋势。同时,隔板数目与初始撞击峰值力基本无关,但随着隔板数量的增多,吸能结构所产生的屈曲褶皱也会随之增多,吸能量逐渐增大,但隔板数...     

基于动态J-C本构的轨道交通车辆新型切削式吸能装置耐撞性研究

针对国内对轨道交通车辆切削式吸能装置的研究大多单从数值仿真出发、缺乏与试验数据的对比、其仿真结果准确性有待探讨的现状,德国德累斯顿TUV SUD铁路股份有限公司铁道车辆测试中心率先对某新型AX-CE型切削式防爬吸能装置进行动态试验,得到其碰撞界面力、压缩行程随时间变化曲线,检验吸能装置的动态性能;采用显示有限元软件LS-DYNA详细建立AX-CE型切削式吸能装置的等效三维模型;采用Johnson-Cook动态热粘塑性材料本构模型、剪切损伤分离准则以及界面粘结-滑移混合摩擦模型,对高速切削吸能及切屑生成过程进行研究,并与试验进行对比分析,验证了数值仿真的正确性;分析了刀具前角、切屑圆心角、切削深度和切削速度等参数对切削式吸能过程的影响程度。研究表明,切削式吸能装置较现有吸能装置吸能特性更优,控制界面力峰值更强;切削深度和切屑圆心角对界面力和吸能的影响显著,刀具前角及切削速度对其影响则较小。     

有轨电车防爬吸能装置斜向撞击障碍物仿真分析

有轨电车在近些年因其诸多优点在众多城市得以兴建和运营，但因无独立路权等原因，有轨电车易与社会车辆等障碍物发生碰撞，斜向撞击即是典型的一种碰撞场景。防爬吸能装置能够吸收有轨电车碰撞的能量，对降低财产损失和人员伤亡具有重要现实意义。文章针对有轨电车防爬吸能装置斜向撞击障碍物试验实施难度大的问题，根据欧盟标准EN 15227:2008+A1:2010中对C-Ⅳ车辆碰撞场景3的要求，采用非线性显式动力学方法，利用通用有限元分析软件对有轨电车防爬吸能装置斜向撞击3 t可移动障碍物过程中的整体变形、吸能特性以及局部塑性应变进行了仿真分析。分析结果表明，该防爬吸能装置能够有效吸收碰撞能量，其弹性和塑性吸能最大位移均在设计行程范围内，防爬梁无局部断裂并脱落的风险，且变形后未与车体主结构发生干涉。因此，配置该防爬吸能装置的有轨电车能够满足EN 15227:2008+A1:2010中对C-Ⅳ类车辆碰撞场景3的吸能需求。     

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。     

一种地铁列车吸能防爬装置的开发研究

介绍了一种吸能防爬装置的功能及结构,并以国内某B型地铁列车为研究对象,通过碰撞仿真分析,验证了该吸能防爬装置的吸能稳定性及防爬性能。