自动化建模与优化平台开发及其在切削吸能结构的应用

传统优化设计受限于几何参数化和六面体单元生成困难等问题,优化过程繁琐,效率低下。为规范开发流程,提高优化设计效率,本文搭建以MOO(multi-objective optimization)系统为核心,集成了几何、有限元建模、数据处理以及代理优化等模块的自动化建模与优化平台。自动化建模模块以CAE为核心,基于三次样条函数构造特征截面和映射路径实现自动几何参数化建模,并在扫掠法和模型分解法的基础上,提出基于多截面扫掠法的六面体网格自动化生成方法;此外,在常规基于代理模型的优化流程上,通过数据转换和处理算法实现从数值计算结果提取到代理优化的自动化。研究结果表明:该平台能建立具有较小几何误差和高质量单元的有限元模型,结构耐撞性指标整体上有一定提升,可以显著地提高优化工作流程的效率。

轨道车辆耐撞性分析中转向架的模拟方法

在按照欧标EN15227评价轨道车辆的耐撞性能时,需对碰撞仿真过程中轮轨间的垂向位移做出准确的判定.基于HYPERMESH和LS-DYNA仿真软件的工程应用,以提高模拟精度与计算效率为目标,提出了一种有效模拟转向架实际结构、转向架与车体间连接关系以及轮对与轨道间接触关系的仿真方法.最后以某列10节编组轨道客车以25 km/h速度对撞为例,进行仿真验证,结果表明:该转向架模拟方法是较为准确且有效可行的.

机车吸能装置结构设计及其耐撞性研究

为了保证某电力机车吸能装置的吸能性能,基于LS-DYNA软件进行了碰撞仿真,经对比分析不同几何参数碰撞盒的吸能特性,找出最适合该机车的碰撞盒外形。然后基于不同碰撞速度,进行了碰撞盒的碰撞灵敏度分析,并对安装了由碰撞盒和钩缓装置组成的吸能装置的该机车进行整车碰撞仿真,结果表明该吸能装置具有较好的吸能性能。

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.

蜂窝填充梯度吸能结构力学特性试验研究

为实现碰撞变形顺序有序可控,功能梯度思想在吸能结构设计逐渐得到应用。为减小某动车组吸能结构在冲击过程中变形顺序的不确定性,采用蜂窝结构尺寸、诱导结构和强化加强筋板的梯度化设计思想,提出一种蜂窝填充梯度吸能结构,通过准静态压缩试验、刚性墙撞击和吸能结构偏置对撞的台车冲击试验研究其耐撞性能。研究结果表明:冲击时蜂窝填充梯度结构从前至后产生稳定有序可控的变形,冲击力随压缩行程增加至508.07 mm时上升至最大值821.69 kN,呈现梯度上升的趋势,吸收冲击动能为244.1kJ,满足某动车组耐撞击性能需求。

气液-压溃组合式缓冲装置冲击吸能特性实验研究

动车组用中间车钩缓冲吸能装置主要由气液缓冲器和压溃管组成,为研究其工作场景中动态吸能特性,采用两辆台车与中间车钩连挂,撞向刚性墙进行冲击实验,台车冲击速度分别为7.19、18.7和25.7 km/h 3种工况。冲击作用下,气液缓冲器阻抗力具有明显的动态特性,最大压缩行程的阻抗力随冲击速度提升而增高,可达1500 kN,远高于其静压实验最大阻抗力800 kN;而压溃管动态阻抗力与静压结果基本一致为1500 kN;冲击速度为18.7和25.7 km/h,气液缓冲器压缩行程达到30 mm时,阻抗力达1200 kN,压溃管被触发压溃,气液缓冲器与压溃管同时进入压缩状态,一起压缩变形。

高速动车组车钩安装座结构设计及其抗冲击性能

通过对高速动车组端部吸能系统进行冲击试验和碰撞仿真分析,对该吸能系统的车钩安装座结构进行了优化设计,并验证了优化结构车钩安装座的抗冲击性能满足设计要求。

动车组中间车钩动态力学性能研究

以某高速动车组中间车钩为研究对象,在碰撞速度大于5 km/h的条件下,进行车钩缓冲器的动力学性能碰撞试验。分析不同速度下车钩力和缓冲器压缩量相对于时间的变化关系,以及缓冲器动态特性曲线的变化规律。研究结果表明:随着碰撞速度的增大,缓冲器每完成一个回程的时间变短;在相同的撞击速度下,运动端缓冲器的压缩量要比静止端缓冲器的压缩量要大;车钩缓冲器在真实的碰撞过程中并不是完全走同一条加载曲线,在一定的碰撞速度范围内,随着碰撞速度的提高,加载曲线会相应的升高,当超过临界碰撞速度时,随着碰撞速度的提高,加载曲线会相应的降低。对比了碰撞试验与落锤试验得到的缓冲器特性曲线,说明通过碰撞试验来获取缓冲器真实的动态特性曲线是有必要的。研究成果为深入车钩动力学仿真提供参考和依据。

整备状态下的轨道交通车辆车体模态计算分析

推导了多自由度刚体振动系统振动频率和特征向量的解析方法,研究了轨道交通车辆车体设备悬挂方式及其垂向悬挂刚度与车体系统振动频率和车体各阶振幅之间的关系。以某轨道交通车辆车体模态分析为例,对车体模态分析过程中悬挂设备的模拟方法、车体内装和设备的刚度,以及乘客质量对车体一阶垂弯和扭转频率的影响进行了深入分析和试验对比。研究结果表明,设备悬挂方式和悬挂刚度的选择对车体频率有非常显著的影响;与试验相比,考虑设备悬挂刚度、内装和设备自身刚度时对车体主要振动模态有显著提升,应在车体结构设计时予以注意;乘客质量对车体主要振动模态频率几乎没有影响。

临界碰撞速度下的编组列车耐撞性研究

为了验证车辆在碰撞临界速度下的耐撞性,基于EN 15227-2008标准,对某编组列车进行碰撞仿真分析。碰撞速度设置为临界速度42 km/h,分为固定编组和重联编组2个工况。模型中考虑了钩缓装置和吸能装置的力学特性,通过车辆在碰撞过程中的速度、加速度、车体变形、能量变化等指标分析来验证车辆的耐撞性,并对2种编组形式的碰撞响应进行对比分析。仿真研究的结果表明:列车的2种编组方式耐撞性能均可满足相关标准要求;在车辆端部(包括一位端和二位端)安装防爬吸能装置可有效防止列车爬车并提高碰撞临界安全速度;重联编组的耐撞性能更加优良,但其碰撞损失经济成本较高,可以进一步改进重联处吸能装置的配置以达到更好的效果。研究成果为车辆编组形式在整车耐撞性设计上的应用提供了一定的参考。

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基于有限元仿真计算现代地铁列车被动安全研究

基于欧洲被动安全标准要求,利用HyperWorks、LS-DYNA有限元仿真计算软件对某型地铁列车碰撞过程进行了数值仿真计算,计算结果表明该型地铁列车满足欧洲标准要求。

偏置载荷下薄壁方管的吸能性能研究

通过试验结果校准并验证了薄壁方管的仿真有限元模型,然后基于仿真分析对薄壁方管在偏置载荷下的吸能性能进行了研究.研究结果表明,对选定的薄壁方管,在一定偏置距离下,薄壁方管的吸能性能和变形模式基本不受影响,当偏置距离达到一定值时,薄壁方管将发生整体倾覆失稳,且吸能性能急剧下降.此外,诱导结构的存在会降低薄壁方管吸能过程的稳定性,使得倾覆失效提前发生.

电力内燃双动力动车组被动安全分析研究

某型4编组双动力动车组在研发过程中需按照相关要求进行被动安全设计。依据车辆质量、编组数、吸能设备(车钩和防爬吸能装置)的布置和性能参数等信息,按照EN 15227标准中最严苛的C-I工况,对车辆的被动安全性能进行了分析研究。分析结果表明车辆在碰撞的过程中车钩缓冲器、压溃管、防爬吸能装置等吸能部件能够完全吸收列车的冲击能量,满足标准要求。

适用于TSI认证的轨道车辆吸能装置碰撞试验设计

机车车辆吸能结构的TSI认证需满足静态压缩及动态碰撞要求,碰撞性能需满足标准TSI 1302和EN 15227,本篇文章基于标准对吸能结构进行动态冲击试验,试验结果表明,吸能结构在动态冲击下,变形有序可控,并能完成吸能量的要求,满足标准要求。

切削吸能结构垂向偏置冲击试验与数值模拟研究

为了充分研究切削式吸能装置在垂向偏置载荷下的吸能性能,文章设计了全尺寸垂向偏置冲击试验,并利用有限元软件LS-DYNA对碰撞过程进行了数值模拟,基于验证后的有限元模型,进一步研究垂向偏置冲击对吸能过程的影响。结果表明,文章建立的有限元模型可以准确捕捉切削变形过程,预测的碰撞响应与试验结果吻合较好。轴向冲击工况下切削式吸能装置的总吸能量为230.74 kJ,平均力为590.20 kN,总压缩量为387.02 mm,相比于轴向冲击工况,垂向偏置冲击工况下结构的平均力、总压缩位移和总吸收能量分别减少了2.6%、1.8%和4.3%。研究发现垂直偏置冲击迫使吸能管产生了约3°的偏转,减少了吸能过程中刀具的切削深度和压缩量,这一变化解释了垂向偏置冲击工况对吸能性能的影响。

高速动车组吸能系统碰撞响应行为研究

针对高速动车组被动安全设计需求,以某型动车组端部吸能系统为研究对象,研究其碰撞响应行为和耐撞性。对吸能系统开展纵向对撞试验,结合非线性有限元软件LS-DYNA建立碰撞有限元模型,研究了吸能系统的碰撞变形过程、变形量-时间曲线和载荷-位移曲线,在此基础上计算得到吸能系统耐撞性参数。研究结果表明,该吸能系统能够有效吸收碰撞能量,变形过程稳定可控,耐撞性指标满足EN 15227:2010标准的规定值。

轨道车辆司机室内部结构的碰撞安全性

建立了详细的轨道车辆司机室内部结构有限元模型,采用欧盟资助项目SAFEINTERIORS中所推荐的碰撞冲击脉冲作为输入,参考ATOC AV/ST 9001标准对司乘人员损伤程度进行评定,引用被国际上广泛采用的HybridⅢ50百分位成年假人,对机车司机室的正、副司机进行损伤分析。研究结果表明:司机室操纵台的强刚度、弱吸能性能对司机人身的生命安全威胁极大,正、副司机的胸部变形量都超过了最大容许值;同等条件下,正司机的左、右股骨损伤指标和胫骨指数明显超过了各自的极限值,其损伤程度远远高于副司机。