可恢复式液压吸能结构冲击特性研究

针对传统金属吸能结构在碰撞过程中触发阈值较高,不可重复利用的问题,提出一款自适应性很强的可恢复式液压吸能结构,在不同量级的碰撞速度下,均能有效耗散冲击动能。基于液压阻尼结构基本理论,建立节流小孔的阻尼特性数学模型,得到阻尼孔过流面积与冲击行程之间的函数关系。通过有限元仿真校核液压吸能结构的强度。落锤冲击试验与SPH流固耦合仿真试验的幅值误差仅为5.44%,验证了吸能结构有限元模型的可靠性。基于已验证的有限元模型,从撞击质量速度匹配、液压油黏度、不同阻尼孔径3个方面,研究该吸能结构动态冲击工况下的冲击特性。研究结果表明:随着冲击质量或冲击速度的增大,平均撞击力也增大,冲击质量4 t对应的平均撞击力比0.5 t增加277%,冲击速度10 m/s对应的平均撞击力比3 m/s增加260%,并都能产生较为稳定的平台力;随着液压油黏度的升高,不同黏度对应的平均撞击力增大幅度为10.4%,但与黏度的增大幅度112.5%相比则相对较小;随着阻尼孔径的减小,其平均撞击力越大,但峰值力也会随之变大。相同冲击条件下,孔径为25 mm对应的峰值力比阻尼孔径为75mm对应的峰值力增加101.7%。液压吸能结构拥有良好的质量速度匹配特性,能够产生稳定的平台力,并在冲击结束后可有序稳定地恢复,能够有效提升列车的耐撞性。