市域列车耐碰撞车体碰撞能量管理研究
发布时间：2021-11-08 10:23
随着我国客运列车运行速度的不断提高和载客量的不断增大,车体结构的耐碰撞性能受到了广泛的关注,而在车体结构设计时采用合适的碰撞能量管理（CEM）策略是改善车体结构耐碰撞性能的主要措施。因此,为了进一步改进轨道车辆车体耐碰撞性能,本文基于美国AAR S-034和APTA SS-C标准要求,采用非线性有限元法,研究了某市域列车的CEM策略,提出了一种吸能过程有序可控的CEM系统,并对车体结构变形控制方法以及在AAR和EN15227标准规定碰撞场景下列车碰撞力变化与能量吸收情况进行了研究。建立合理、准确的列车FE模型是轨道列车碰撞性能分析的基础,本文用LS-DYNA的点焊功能来模拟牵引装置与车体枕梁之间的连接螺栓、悬挂系统采用预压力的方法,为了模拟轮对的旋转运动,在轮对与轴箱之间建立转动副,并给轮对施加了转动角速度;在附加吸能装置建模时,研究了卸载控制方法对加—卸载过程的影响;为了提高列车碰撞建模效率,对部分重复性建模工作采用了高效的程序化前处理方法。基于AAR标准规定的轨道车辆碰撞能量管理设计,重点分析了轨道车辆CEM原则、要求和实现手段或途径,提出了一种“蜂窝铝芯—薄壁管”组合式分级吸能组...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中南大学耐碰撞司机室CEM设计
西南交通大学硕士研究生学位论文第7页式中max——模型中单元的最大固有频率；——材料阻尼比。由于中心差分法的稳定性要求，因此在碰撞求解过程中必须对时间积分步长进行控制。在LS-DYNA求解过程中，程序计算出所有单元各自的稳定时间步长eit（i=1,2,…,b，b为单元总数），而下一时间步长n1t取这些稳定时间步长中的最小值[33]，即：121=min{,,...,}eeebntTSSFACtttg（1-15）=esLtc（1-16）式中TSSFAC——时间步长缩放系数，一般取值0.9或者更小的正数；Ls、c——单元特征长度、声波在材料中的传播速度。当一个模型包含非常小的单元时，显式积分的计算效率大打折扣，因此可以不失原则地进行人为控制时间步长。其中最有效的方法是改变式（1-16）中单元的特征长度Ls，在工程实际中常用的控制时间步长方法还有质量缩放法和子循环法等[27]。1.2.3单元类型与接触算法为了提高计算求解的稳定性和极端效率，LS-DYNA均采用形函数为线性的低阶单元。线性形函数和单点积分的低阶单元能很好的用于大变形、材料失效和接触等高度非线性问题。在碰撞建模时，选择何种单元进行分析是非常重要的一步。单元类型的选择往往依赖于结构的几何形状，其次是分析的目的、加载条件和经济性。LS-DYNA提供常用的几种单元有质量单元、梁单元、薄壳单元、厚壳单元、体单元和弹簧阻尼单元等[34-35]，如图1-3所示。图1-3LS-DYNA提供常用的几种单元
西南交通大学硕士研究生学位论文第11页2.1.2牵引装置与车体的连接关系牵引装置作为车体与转向架之间的主要传力结构，在建立碰撞模型时，必须要建立其与车体合适的连接关系，这种关系既不能失真，又要避免在碰撞时与车体非正常脱落。本文所建立的市域列车转向架牵引装置与车体的连接关系如图2-2所示。其中，用Beam单元与车体枕梁和牵引装置之间的ContactSpotweld类型的接触来模拟连接螺栓；绿色区域与枕梁之间建立Contact_Automatic_Surface_To_Surface类型的接触防止垂向渗透；红色区域与枕梁之间建立Contact_Tied_Surface_To_Surface类型的接触模拟中心销的连接关系，既加强了牵引座与车体之间的连接，又防止碰撞时与车体非正常脱落。图2-2牵引装置与车体连接关系模拟2.1.3悬挂弹簧预压力设置空气弹簧和轴箱弹簧作为传递车体垂向力的重要元件，几乎承担了所有的车上重量。本文通过给空气弹簧和轴箱弹簧设置预压力的方法来平衡车体的初始重力。市域列车转向架一、二系弹簧的模拟方法如图2-3所示。图2-3二系空气弹簧和轴箱弹簧模拟在图2-3中，采用LS-DYNA提供的6自由度的离散梁单元，并配合66号线弹性材料模型*MAT_LINEAR_ELASTIC_DISCRETE_BEAM或119号非线性材料模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]地铁列车耐撞性仿真研究[J]. 雷成,韩增盛,吴敏. 机车电传动. 2016(04)
[2]车钩缓冲装置在碰撞仿真中的模拟方式[J]. 陆青松,吕效忠. 铁道车辆. 2015(11)
[3]一类非耗散的显式时间积分方法[J]. 杨超,肖守讷,阳光武,朱涛,杨冰. 振动工程学报. 2015(03)
[4]轨道车辆耐碰撞性研究进展[J]. 雷成,肖守讷,罗世辉,张志新. 铁道学报. 2013(01)
[5]高速动车组被动安全性和耐撞性研究[J]. 陈秉智,张向海,马纪军,谢素明,兆文忠. 计算力学学报. 2011(S1)
[6]耐碰撞车辆的能量吸收要求[J]. G Lu,徐荣华. 国外铁道车辆. 2006(03)
[7]新型耐冲击铁路客车[J]. 田红旗,姚松. 铁道知识. 2004(02)
[8]高速列车用铝合金材料的耐撞性数值分析[J]. 刘金朝,王成国,房加志. 铁道机车车辆. 2003(S2)
[9]轨道车辆碰撞能量吸收装置原理及结构设计(续完)[J]. 张振淼,逄增祯. 国外铁道车辆. 2001(04)
[10]轨道车辆碰撞能量吸收装置原理及结构设计(待续)[J]. 张振淼,逄增祯. 国外铁道车辆. 2001(03)
博士论文
[1]列车碰撞动力学关键问题研究[D]. 杨超.西南交通大学 2016
硕士论文
[1]动力集中型动车组耐碰撞性能研究[D]. 余明阳.西南交通大学 2017
[2]电力机车车体结构分析及耐碰撞性能研究[D]. 袁磊.大连交通大学 2014
[3]轨道客车碰撞被动安全性研究[D]. 刘艳文.西南交通大学 2013
[4]高速列车车体耐碰撞结构研究[D]. 单其雨.西南交通大学 2010
[5]轨道车辆被动安全系统及其模块化研究[D]. 程玲.同济大学 2006
[6]机车车体耐碰撞结构设计与碰撞仿真研究[D]. 贾宇.西南交通大学 2005
本文编号：3483540
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中南大学耐碰撞司机室CEM设计
西南交通大学硕士研究生学位论文第7页式中max——模型中单元的最大固有频率；——材料阻尼比。由于中心差分法的稳定性要求，因此在碰撞求解过程中必须对时间积分步长进行控制。在LS-DYNA求解过程中，程序计算出所有单元各自的稳定时间步长eit（i=1,2,…,b，b为单元总数），而下一时间步长n1t取这些稳定时间步长中的最小值[33]，即：121=min{,,...,}eeebntTSSFACtttg（1-15）=esLtc（1-16）式中TSSFAC——时间步长缩放系数，一般取值0.9或者更小的正数；Ls、c——单元特征长度、声波在材料中的传播速度。当一个模型包含非常小的单元时，显式积分的计算效率大打折扣，因此可以不失原则地进行人为控制时间步长。其中最有效的方法是改变式（1-16）中单元的特征长度Ls，在工程实际中常用的控制时间步长方法还有质量缩放法和子循环法等[27]。1.2.3单元类型与接触算法为了提高计算求解的稳定性和极端效率，LS-DYNA均采用形函数为线性的低阶单元。线性形函数和单点积分的低阶单元能很好的用于大变形、材料失效和接触等高度非线性问题。在碰撞建模时，选择何种单元进行分析是非常重要的一步。单元类型的选择往往依赖于结构的几何形状，其次是分析的目的、加载条件和经济性。LS-DYNA提供常用的几种单元有质量单元、梁单元、薄壳单元、厚壳单元、体单元和弹簧阻尼单元等[34-35]，如图1-3所示。图1-3LS-DYNA提供常用的几种单元
西南交通大学硕士研究生学位论文第11页2.1.2牵引装置与车体的连接关系牵引装置作为车体与转向架之间的主要传力结构，在建立碰撞模型时，必须要建立其与车体合适的连接关系，这种关系既不能失真，又要避免在碰撞时与车体非正常脱落。本文所建立的市域列车转向架牵引装置与车体的连接关系如图2-2所示。其中，用Beam单元与车体枕梁和牵引装置之间的ContactSpotweld类型的接触来模拟连接螺栓；绿色区域与枕梁之间建立Contact_Automatic_Surface_To_Surface类型的接触防止垂向渗透；红色区域与枕梁之间建立Contact_Tied_Surface_To_Surface类型的接触模拟中心销的连接关系，既加强了牵引座与车体之间的连接，又防止碰撞时与车体非正常脱落。图2-2牵引装置与车体连接关系模拟2.1.3悬挂弹簧预压力设置空气弹簧和轴箱弹簧作为传递车体垂向力的重要元件，几乎承担了所有的车上重量。本文通过给空气弹簧和轴箱弹簧设置预压力的方法来平衡车体的初始重力。市域列车转向架一、二系弹簧的模拟方法如图2-3所示。图2-3二系空气弹簧和轴箱弹簧模拟在图2-3中，采用LS-DYNA提供的6自由度的离散梁单元，并配合66号线弹性材料模型*MAT_LINEAR_ELASTIC_DISCRETE_BEAM或119号非线性材料模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]地铁列车耐撞性仿真研究[J]. 雷成,韩增盛,吴敏. 机车电传动. 2016(04)
[2]车钩缓冲装置在碰撞仿真中的模拟方式[J]. 陆青松,吕效忠. 铁道车辆. 2015(11)
[3]一类非耗散的显式时间积分方法[J]. 杨超,肖守讷,阳光武,朱涛,杨冰. 振动工程学报. 2015(03)
[4]轨道车辆耐碰撞性研究进展[J]. 雷成,肖守讷,罗世辉,张志新. 铁道学报. 2013(01)
[5]高速动车组被动安全性和耐撞性研究[J]. 陈秉智,张向海,马纪军,谢素明,兆文忠. 计算力学学报. 2011(S1)
[6]耐碰撞车辆的能量吸收要求[J]. G Lu,徐荣华. 国外铁道车辆. 2006(03)
[7]新型耐冲击铁路客车[J]. 田红旗,姚松. 铁道知识. 2004(02)
[8]高速列车用铝合金材料的耐撞性数值分析[J]. 刘金朝,王成国,房加志. 铁道机车车辆. 2003(S2)
[9]轨道车辆碰撞能量吸收装置原理及结构设计(续完)[J]. 张振淼,逄增祯. 国外铁道车辆. 2001(04)
[10]轨道车辆碰撞能量吸收装置原理及结构设计(待续)[J]. 张振淼,逄增祯. 国外铁道车辆. 2001(03)
博士论文
[1]列车碰撞动力学关键问题研究[D]. 杨超.西南交通大学 2016
硕士论文
[1]动力集中型动车组耐碰撞性能研究[D]. 余明阳.西南交通大学 2017
[2]电力机车车体结构分析及耐碰撞性能研究[D]. 袁磊.大连交通大学 2014
[3]轨道客车碰撞被动安全性研究[D]. 刘艳文.西南交通大学 2013
[4]高速列车车体耐碰撞结构研究[D]. 单其雨.西南交通大学 2010
[5]轨道车辆被动安全系统及其模块化研究[D]. 程玲.同济大学 2006
[6]机车车体耐碰撞结构设计与碰撞仿真研究[D]. 贾宇.西南交通大学 2005
本文编号：3483540
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3483540.html
