基于TSI认证的调车机车碰撞仿真研究

轨道车辆要进入欧盟市场需通过欧盟铁路互联互通技术规范（TSI）认证,车体需满足EN15227标准要求。为提升车辆耐撞性TSI认证通过能力,文章结合EN 15227:2020标准新增要求和TSI认证经验,设计了调车机车碰撞场景;针对TSI认证项点,详细介绍了碰撞仿真方法;以某型调车机车碰撞仿真为例,从结构变形、能量变化、减速度变化、生存空间、排障器吸能等方面分析了TSI指标评估要求。     

高速列车车体前端吸能结构的碰撞仿真与试验

专用吸能装置的设计是高速动车组车辆安全防撞系统的核心。本文依据DIN EN15227中规定的C-I类车辆碰撞要求,开发研制了国产标准动车组端部专用吸能装置,并对其进行碰撞仿真分析和台车碰撞试验。仿真分析与撞击试验结果基本吻合,结果表明:该专用吸能装置的压缩变形稳定且有序可控,撞击平台力为2 000 kN左右,主吸能元件压缩变形率最小可达70%,可耗散冲击动能1.85 MJ,其吸能特性满足设计需求。     

地铁车辆转向架排障器疲劳分析

通过对某地铁线路车辆排障器动应力及加速度数据进行分析、处理,得到排障器加速度功率谱,并作为排障器随机振动疲劳分析的输入条件,对排障器进行随机振动疲劳分析,从试验结果可以判断,应用排障器实测数据进行有限元随机振动疲劳分析对排障器的结构优化、疲劳寿命提高具有重要指导意义。     

防撞性标准的实施可能会阻碍短型机车的使用

欧洲预计在2008年采纳EN15227防撞性标准,但研究结果表明,如果标准中不附带免责条款,将可能影响短型中央司机室式机车的使用和发展。为此,以Vossloh公司为代表的某些机车制造厂家进行了相关的模拟试验和分析,并向德国标准化委员会提出建议,批准这类机车不受EN15227标准约束。     

基于带钩尾框的钩缓装置机车车体耐碰撞研究

文章分析了EN 15227标准有关机车防撞性方面的主要内容,提出了具有四级吸能结构的耐碰撞机车车体方案;并对该方案机车车体进行了静强度仿真分析及碰撞仿真分析,结果表明其满足车体设计强度要求和EN 15227碰撞场景要求,为采用该类钩缓装置的机车满足EN 15227要求提供了一种可行的方法。     

刨削式防爬器的吸能特性及防爬性能研究

刨削式防爬器的防爬性能直接影响其吸能的稳定性。基于EN 15227:2020《铁路应用-铁路车辆车体的耐撞性要求》,采用LS-DYNA软件的大变形碰撞仿真分析技术建立有限元模型，对刨削式防爬器的吸能特性和防爬性能进行研究，再通过刚性墙碰撞试验验证刨削力与压缩行程的关系，通过垂向加载试验测量残余塑性变形进而验证防爬器的防爬性能。研究表明：刨削式防爬器的吸能特性及防爬性能良好；仿真分析与试验结果误差在20%以内，具有较好的一致性，仿真分析结果真实可信，防爬性能研究方法实用可行。     

轨道车辆吸能装置碰撞试验与数字仿真研究

以某城市轨道车辆的防爬器为研究对象,重点进行了与防爬器铝合金材料率相关的应力应变曲线测试、防爬器碰撞试验及相关的数字模拟计算。研究表明Johnson-Cook本构模型能够很好地模拟该防爬器材料在大应变变形或材料失效时的物理力学特性,且数字模拟计算的塑性变形过程与碰撞试验结果保持了合理的一致性;防爬器加速度、纵向位移的仿真结果和碰撞试验数据相对误差均小于10%,满足EN15227-2008的防撞性验证要求。因此通过试验数据对有限元分析模型进行校正,可以提高有限元模型的精确度,为以后改进和优化车体结构提供参考和帮助。     

碳纤维复合材料在高速列车头罩上的应用研究

根据高速列车头罩的外部形状、内部连接要求和受载条件,对碳纤维复合材料车头罩的结构进行设计。并且根据IEC 61373-1999《铁道车辆设备冲击和振动试验标准》和GB/T 3317—2006《电力机车通用技术条件》的相关规定,确定了冲击工况、气动静载荷工况以及端部排障压缩工况,进行静力学计算分析。分析结果表明,高速列车碳纤维复合材料车头罩满足以上标准的要求。采用真空导入工艺试制车头罩样件,并对其进行137 k N端部排障压缩试验,试验结果表明,该结构的力学性能符合要求。     

动车组转向架排障器结构介绍及优化设计

随着列车运营速度越来越高,转向架振动随之增大,对排障器结构强度及安装可靠性要求亦随之提高。通过对既有结构排障器进行分析,提出结构优化方案,完成强度分析及振动试验,并已批量装车使用,状态良好。     

200km/h客运机车排障器强度分析及设计改进

文章基于ANSYS软件对200 km/h客运机车排障器进行强度分析,得出排障器原结构的薄弱位置,提出了设计改进方案并进行了强度分析,最后将仿真分析结果与试验结果进行对比分析,并验证了改进方案的结构合理性。     

基于多轴振动环境再现的地铁车辆排障器寿命评估研究

车辆服役过程中，由于轮轨间的高频激励，极易引发结构共振疲劳问题。文章针对某地铁车辆排障器的疲劳开裂问题，开展了排障器的振动疲劳试验，发现了线路上通过频率为93 Hz的钢轨波磨是引发结构共振疲劳的主要原因。针对试验研究方法存在的传感器布置数量有限、成本较大等问题，文章从仿真分析角度，提出了一种基于多轴振动环境再现的地铁车辆排障器寿命评估方法。首先，建立了基于虚拟激励法的排障器随机振动模型，该模型可以很好地再现排障器的实际振动环境；然后，通过遗传算法对模态阻尼比进行优化，使得仿真和实测响应结果具有较好的一致性，验证了建模方法的正确性；最后，利用多核并行计算的方法实现了排障器任意位置的全程损伤和疲劳寿命计算，显著提高了仿真计算的效率。结果表明：排障器焊缝拐角处为其结构的薄弱位置，其全程工况损伤值为6.25E-03，疲劳寿命为0.60万km，远低于设计使用寿命的360万km，通过上述方法评估出来的排障器最大损伤位置与结构实际破坏位置相同，进一步证明了此方法的正确性。     

一种地铁车辆排障器随机振动频域疲劳分析及优化

地铁车辆排障器安装于转向架前端,主要用于清除轨道障碍物,保证车辆正常运行。安装位置及轨道不平顺带来的轨道激扰容易导致排障器的结构疲劳断裂。采用随机振动频域疲劳分析方法,能够有效地找出结构疲劳薄弱位置。根据计算结果优化结构,优化后的计算结果满足GB/T 21563—2018《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》和IEC 61373:2010《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》标准要求。     

铰接式动车组车体防撞性设计

文章介绍了铰接式动车组司机室结构设计和能量系统配置方案,并对组合吸能元件进行碰撞试验验证。根据EN 15227标准中C-I类车辆要求对车体进行碰撞仿真分析,计算结果表明车体的防撞性能完全满足相关要求。     

塞尔维亚六轴货运电力机车车体耐碰撞设计

文章介绍了塞尔维亚六轴货运电力机车车体结构的耐碰撞设计的特点,并对车体结构进行了碰撞计算仿真,计算结果表明车体结构的设计以及缓冲器的选型完全能够满足EN 15227碰撞要求。     

高速列车铝合金车体头车排障器装配浅析

通过分析某高速列车铝合金车体排障器的结构,研究制定了排障器与车体之间的装配方案。并且分析了装配过程中的难点和重点,提出了解决措施并进行了现场验证,对装配工艺进行了优化。     

高速列车头车吸能排障器设计与仿真研究

应用耐碰撞系统设计思想,提出了采用新型吸能结构和填充材料的排障器设计方案,并通过碰撞仿真分析对设计方案进行了比较。基于LS-DYNA的仿真结果表明,该新型排障器优选方案具有良好的吸能和缓冲碰撞的安全性能。     

Voith Maxima~40CC型机车车体结构的设计

Voith Maxima40CC型内燃机车设计的一个重要任务是开发一种能满足欧洲最新的静结构强度标准(EN12663)和抗撞性能标准(EN15227)的车体结构。由于机车牵引功率较大,所以机车具有体积和重量大的动力驱动机组,并具有6组动轮对。较长的机车总长度和126t的总重量对机车车体结构的强度和刚度提出了特别高的要求。此外,作为首次对于一种重型六轴机车,还需要寻求一种能够满足EN15227标准要求的抗碰撞设计。上述两个任务可以通过采用高性能撞击能量吸收装置和优化的具有整体式变形区的自承载车体结构来实现。最终设计的车体结构具有高的强度储备和高的刚度,并具有较轻的重量。     

1万t重载货车车钩载荷分布特性研究

为实现新运行条件下重载货车车钩的安全可靠性设计和评估,根据线路实测获取的车钩载荷-时间历程进行1万t重载货车车钩载荷分布特性研究。因传统参数估计存在不足,采用对数据分布不需要任何形式假定的核密度估计方法分析车钩载荷极值特性。采用雨流计数法编制车钩载荷的均值-幅值二维谱,从而得到车钩的脉动拉伸载荷谱和脉动压缩载荷谱,统计分析载荷与其出现次数的关系。研究结果表明,按超越概率10-6所对应的最大拉伸载荷为1 716kN,最大压缩载荷为1 651kN;小于400kN的载荷出现次数占全部载荷出现次数的多数,但造成的损伤在整个车钩损伤中的比重较小,且空车载荷造成的损伤相比重车载荷造成的损伤可以忽略。     

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。     

地铁列车司机室前端结构耐撞性研究

为研究地铁列车在重载条件下列车的碰撞响应,尤其是司机室前端破坏程度,基于EN 15227对地铁车辆碰撞的相关规定,建立了地铁列车碰撞有限元数值模型,根据列车不同的载荷状态和被动列车是否施加停放制动,给出了3种不同工况,研究地铁列车在超载状态与标准规定状态下的司机室前端损伤程度和车体结构的耐撞性。计算结果表明:当载荷作为唯一变量时,司机室前端在超员载荷下所被压缩的距离是标准条件下的5倍左右;而当初速和载荷为定量时,施加停放制动的被动车碰撞破坏更为严重,碰撞界面的车钩和防爬吸能装置均走完全程,被动车司机室前端的压溃区几乎达到吸能极限,若再次加大速度或载荷即会对司机的生存空间造成威胁,故有必要在碰撞标准中考虑超员工况的计算。