地铁列车碰撞姿态辅助保护装置的设计与优化

为提高地铁列车耐撞性,降低碰撞姿态造成的二次损伤,提出一种控制列车碰撞姿态的辅助保护装置(抱轨装置)。首先,设计抱轨装置的几何结构并定义抱轨装置的力学特性,采用动力学方法建立8编组地铁列车的碰撞模型;其次,结合实验验证仿真模型的准确性,研究抱轨装置对列车碰撞姿态的影响;再次,提出3种不同的抱轨装置安装方案,对比分析得到经济且有效的方案;最后,基于EN15227:2008标准对方案进行耐撞性评估,基于多目标遗传算法对抱轨装置的设计参数进行优化。研究结果表明:当钩状抱轨装置安装在车体质心正下方时,在满足控制列车碰撞姿态的要求的前提下,可以不占用车体太大的空间,满足EN15227:2008中耐撞性考核指标,是经济且有效的方案;当距离车体质心的纵向相对位移d_(install)=10000 mm,抱轨装置静止阶段距离x_(1)=9.47 mm,抱轨装置线性阶段刚度k_(1)=5000 N/mm时,列车的车体和轮对的最大垂向抬升量最小,取到最优值,最大轮对位移抬升量d_(max)=13.87 mm,列车车体最大俯仰角θ=3.12°。

某轨道车辆箱体结构强度仿真分析

本文以某轨道车辆箱体为研究对象,基于有限元理论及流固耦合理论对箱体进行静强度分析、疲劳分析和基于流固耦合的-冲击响应分析,根据计算应力及箱体变形对箱体整体结构强度进行评价及分析。

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。

高速列车前端多胞吸能结构的耐撞性优化

为设计具有良好耐撞性能的高速列车前端多胞吸能结构,基于显式动力学有限元软件LS-DYNA,建立此吸能结构的有限元模型。通过台车碰撞试验验证了有限元模型的准确性,结合验证的有限元模型与全因子试验设计,构造了吸能结构的比吸能SEA和撞击平台力关于设计参数单元胞边长和壁厚的Kriging代理模型,并进行了误差分析,采用多目标粒子群优化算法,对多胞吸能结构的截面尺寸和厚度进行了优化设计。结果表明,壁厚比单元胞边长对多胞吸能结构耐撞性影响更显著,通过合理匹配壁厚和边长,能有效提高撞击平台力和比吸能。

高速列车车体端部吸能结构研究

针对高速列车速度高、动能大的特点,设计了车体被动安全防护的特殊端部吸能结构,并通过非线性有限元软件LS-DYNA,研究高速列车头车司机室端两级吸能装置以及车体尾端弱刚度结构的耐碰撞性能,重点考察其与刚性强撞击时的界面力、变形以及能量吸收能力。计算结果表明两级吸能装置变形有序,具备约3.4 MJ的能量吸收能力,可有效保护司机室结构;车体尾端弱刚度区具备6.5 MJ的能量吸收能力,可有效保护乘客区结构的安全。将上述结构应用在某型高速动车组车体并按照欧标EN15227进行36 km/h对撞工况的验证,司机室头部吸能结构变形合理,列车未发生爬车现象,司机室及客室结构完整,头车平均加速度为4.4g,满足标准要求。

城轨列车方锥式防爬吸能结构碰撞力学参数设计及多目标优化

为了提高列车的耐撞性能,采用基于模型的多目标遗传算法的优化方法,研究城轨列车方锥式防爬吸能结构碰撞力学参数的最优配置。设计一种方锥式防爬吸能结构,通过建立8编组列车碰撞纵向多体动力学模型,分析吸能结构不同力学参数配置对列车耐撞性能的影响;提出头车吸能量(EA)和列车总体减速度(TMA)的车体端部耐撞性评价指标,基于实验设计采用径向基函数法建立F,K和Fmax关于EA和TMA的响应面模型,并基于模型采用多目标遗传算法对防爬吸能结构的力学参数进行多目标优化。研究结果表明:在最优参数配置下,EA提高了1.933%,TMA降低了14.810%;优化后的力学参数配置方案降低了列车碰撞减速度,提高了头车吸能量占比和整车的耐撞性能。

上海地铁6-8号线吸能结构的抗撞性优化

以上海地铁6-8号线前端吸能结构为载体,应用碰撞仿真软件PAM-CRASH和多学科协同优化软件iSIGHT进行碰撞数值模拟分析和吸能结构优化,得到吸能结构在大变形碰撞时的变形模式及各碰撞参数,并对动车组的吸能结构进行评估及最优设计,实现车辆的被动安全保护和耐撞性优化设计,为吸能部件的再生产和研发提供必要的理论依据.

带方锥式吸能结构单节列车碰撞力学行为

为了研究不同性能方锥式吸能结构对单节列车碰撞力学行为的影响,提出快速变换吸能结构性能的参数化方法,通过改变吸能结构力-位移曲线,研究吸能结构初始峰值力、平台力和平台力斜率变化对列车碰撞力学行为的影响规律,最后通过响应面法建立了吸能结构与单节列车的碰撞力学行为关联模型。研究结果表明:随着吸能结构峰值力和平台力增加,车体碰撞吸能量和车体碰撞纵向合力增大,车体质心纵向、垂向位移和转向架轮对中心B1和B2抬升量逐渐减小,质心横向位移和转向架轮对中心B2~B8抬升量基本不变;随着吸能结构平台力斜率增加,车体碰撞吸能量和纵向碰撞合力增大,车体质心纵向位移和垂向位移减小,质心横向位移和转向架轮对中心B1~B8抬升量基本不变;关联模型在一定程度上可以指导吸能结构的设计和预测列车变形姿态。

地铁复合吸能结构参数反演预测方法

有限元计算方法是研究吸能结构碰撞特性的一种常用手段,但吸能结构的碰撞往往是强非线性、大变形的过程,采用这种方法存在耗时长、经济性差等问题。为此,提出一种碰撞参数反演预测方法,在保证精度的同时实现对吸能结构碰撞特性的快速预测。首先,对地铁方锥式复合吸能结构进行几何设计,并基于几何模型建立该结构的有限元模型。随后,将有限元数值仿真结果与全尺寸样件冲击试验的结果进行对比分析,验证有限元模型的准确性,并以此为基准开展不同特征参数下的方锥式复合吸能结构碰撞特性研究。再基于人工神经网络建立碰撞反演模型,搭建参数反演预测框架。最后,分别以方锥式复合吸能结构薄壁方管管壁厚度和蜂窝B的平台强度为输入参数,碰撞界面力和压溃位移为输出响应,分析碰撞反演模型的预测规律,并将预测结果与有限元仿真结果进行对比。研究结果表明,通过碰撞反演预测模型得到的界面力−时间曲线、界面力−压溃位移曲线的变化趋势与有限元数值仿真结果基本一致,说明该碰撞反演模型能够实现对吸能结构碰撞力学特性的快速预测,提高优化效率。所提出的参数反演预测方法对地铁吸能结构的碰撞特性研究产生积极影响,提供了新思路。

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.

基于神经网络的数据挖掘模型在吸能装置上的应用

针对传统有限元分析方法对机车车辆结构耐撞性计算效率低的问题,在已有仿真分析数据基础上,引入机器学习方法,对车辆关键结构的耐撞性以及碰撞安全性进行分析预测.首先,建立基于神经网络的数据挖掘模型,在此基础上构建车辆关键结构的碰撞响应预测方法;其次,通过试验验证了防爬吸能装置有限元模型的正确性,以此模型为基础获得不同壁厚防爬吸能装置的碰撞响应仿真数据;然后,以吸能装置壁厚作为模型输入,不同壁厚所对应的位移、速度、界面力和内能等碰撞响应作为模型输出,将有限元仿真数据用于模型训练,优化后的数据挖掘模型的拟合优度在0.922以上;最后,为验证模型预测的准确性,将碰撞数学模型的预测结果与有限元仿真结果进行对比,速度、位移、界面力和内能的平均相对误差分别为7.10%、4.51%、6.20%和2.50%.研究结果表明:基于神经网络构建的数据挖掘模型在保证精度的情况下,能很好地反映防爬吸能装置的碰撞特性,大幅降低了计算时间,提高了计算效率.

基于城轨车辆的防爬器优化设计研究

基于城轨车辆的防爬器结构开展结构轻量化优化设计研究。利用有限元仿真软件HyperWorks与LS-DYNA,建立城轨车辆碰撞仿真模型,并对碰撞过程进行数值模拟与仿真分析。通过对防爬器结构与材料等进行优化设计改进,实现在防爬器结构减重的同时,提升了防爬器结构的耐撞性和抗偏性能。研究结果表明,优化后的防爬器结构重量为68.04kg,相较于优化前的防爬器结构,减重17.97%,并且优化后的防爬器结构能够满足主动车在初始碰撞速度25km/h下以可控渐进形式变形吸收能量的碰撞安全标准设计要求。

用于城轨列车的复合式蜂窝填充吸能结构多目标优化

为满足城轨列车碰撞被动安全防护,本文设计了一种复合式蜂窝填充吸能结构,将锥形外管中引入隔板和蜂窝。建立了其有限元模型,并利用实验数据验证了模型的有效性。为了进一步提升该结构的耐撞性能,即最大比吸能(SEA)和最小初始峰值力(IPCF),采用基于径向基函数的代理模型结合MOGA多目标遗传优化算法进行耐撞性优化。采用最小距离法选择帕累托前沿中的理想点。结果表明,优化后比吸能提升了9.8%,峰值力下降了16.8%。

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。

考虑材料失效准则的吸能装置失效行为与碰撞特性

在对广义增量应力状态相关损伤模型(GISSMO)失效准则5个基本特性分析的基础上,以DP800为基础材料,从应变场分布、失效单元应力三轴度和应力-应变关系3个方面验证GISSMO失效准则在仿真过程中预测各向同性韧性材料失效的准确性;在此基础上,以挤压式与压溃式2种机车车辆常用吸能装置为研究对象,对比不考虑失效、考虑V-M应变失效准则,考虑GISSMO失效准则条件下,2种吸能装置的失效行为与碰撞特性。研究结果表明:GISSMO失效准则在描述各向同性韧性材料失效行为方面具有较大的优势;吸能装置在轴向碰撞过程中的应力三轴度处于不断变化中,采用考虑应力三轴度的GISSMO失效准则使得仿真结果更准确;针对压溃式吸能装置,在材料断裂应变较小时,采用GISSMO失效准则的仿真计算中结构压溃过程会出现大面积撕裂等失效行为,降低结构的碰撞力和吸能量,在此类吸能装置设计的材料选择中应选择断裂应变较大的材料。

自由外翻式组合吸能装置的设计及优化

为研究三节直翻卷圆管轴向压缩下的吸能特性,采用非线性有限元软件LS-DYNA进行了仿真分析,发现当上圆管、下圆管壁厚越接近且上圆管厚度略大于下圆管时,载荷-位移曲线统一于一条平稳的水平线,圧缩力效率乘积可达0.838 7,比吸能可达15.342 8 J/g,冲程效率高达76%,接近理论值。针对三节直翻卷圆管冲程效率高、载荷十分平稳但比吸能欠缺的特点,在其内部填充波纹管和多胞管以提高总吸能及比吸能。结果表明:填充后形成的组合吸能装置延续了冲程效率高、载荷平稳的特性,相比单一直翻卷管,总吸能提高了105.75%,比吸能提高了26.28%。利用径向基函数代理模型及遗传算法对组合吸能装置的比吸能进行寻优,优化结果显示,最大比吸能在多胞管、波纹管壁厚分别取上限值、下限值时达到,且相比单一直翻卷管,其值提高了30.86%。

火焰原子吸收光度法测定铝合金中镁含量的研究

阐述了用原子吸收法测定铝合金中镁的含量,并对铝合金各种共存元素对镁的干扰进行了研究,发现通过控制酸度加入适当的基体改进剂,可以解决基体干扰问题,使测试误差在国标范围内,大大提高了分析效率,充分发挥了现代分析仪器的作用。

原子吸收法测定钢中的Cr.Mo的响改进

阐述了用原子吸收法测定钢中的Cr、Mo的方法和规程，并对影响测试结果的诸因素进行了试验和优选，使误差在国标范围之内，大大提高了分析效率，并充分发挥了现代分析仪器的作用。

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。

高速列车吸能结构开孔设计及结构优化

通过在高速列车端部的多胞吸能结构中加入纵向开孔方案,来提高结构的耐撞性能。研究通过有限元软件LSDYNA建立开孔结构的有限元模型,并通过动态冲击试验验证该模型的准确性。在此基础上,提出使用径向基函数代理模型(Radial Basis Function,RBF)和深度信念网络(Deep Belief Network,DBN)结合构建吸能结构的混合代理模型。采用多目标遗传算法对开孔的位置、大小以及结构的厚度进行参数优化设计,以峰值力(Peak Crash Force,PCF)和比吸能(Specific Energy Absorption,SEA)为优化目标,寻找最佳的开孔参数。研究结果表明:在多胞结构中进行纵向开孔设计能够有效提高结构耐撞性能,尤其在结构的峰值力和比吸能上有着较好的效果。此外,对比RBF代理模型和混合代理模型的耐撞性指标的拟合精度,RBF代理模型在经过DBN优化后,吸能量(Energy Absorption,EA)代理模型的最大相对误差和平均相对误差分别从12%和8%降低到4%和2%。比吸能代理模型的最大相对误差和平均相对误差分别从9%和5%降低到5%和2%,说明混合代理模型能够进一步提高RBF代理模型的精度。和初始开孔设计相比较,优化后的开孔方案在保持原有吸能量的基础上,使结构的比吸能从提高2%到提高6%,峰值力从降低3%到降低7%,优化后的开孔参数更为合理。