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188宝金博页面版: 高速列车吸能结构设计和耐撞性分析

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内容提示:   第35卷   第2期爆 炸 与 冲 击Vol.35 , No.2 。玻埃保的辏吃拢牛兀校蹋希樱桑希巍。粒危摹。樱龋希茫恕。祝粒郑牛印 Mar. , 2015。模希 : 10.11883 / 1001 - 1455 ( 2015 ) 02 - 0164 - 07高速列车吸能结构设计和耐撞性分析*李松晏,郑志军,虞吉林(中国科学技术大学中国科学院材料力学行为与设计重点实验室,安徽 合肥230026 )   摘要:建立了高速列车头车的有限元模型,运用有限元软件 LS - DYNA 模拟了头车碰撞刚性墙的冲击过程。在碰撞发生时,原有设计方案的牵引梁主体的变形以整体屈曲为主,不利于缓冲吸能。在对原设计的耐撞性分析的基础上,建议对原有牵引梁结构加以改进,并在前端增加两组不同尺寸和厚度的带圆角的方管作为缓冲吸能管,考虑了在缓冲管中填充泡沫铝与否,形成了 4 种设计方案。数值...

文档格式:PDF | 页数:7 | 浏览次数:42 | 上传日期:2016-05-04 12:03:35 | 文档星级:
  第35卷   第2期爆 炸 与 冲 击Vol.35 , No.2 。玻埃保的辏吃拢牛兀校蹋希樱桑希巍。粒危摹。樱龋希茫恕。祝粒郑牛印 Mar. , 2015。模希 : 10.11883 / 1001 - 1455 ( 2015 ) 02 - 0164 - 07高速列车吸能结构设计和耐撞性分析*李松晏,郑志军,虞吉林(中国科学技术大学中国科学院材料力学行为与设计重点实验室,安徽 合肥230026 )   摘要:建立了高速列车头车的有限元模型,运用有限元软件 LS - DYNA 模拟了头车碰撞刚性墙的冲击过程。在碰撞发生时,原有设计方案的牵引梁主体的变形以整体屈曲为主,不利于缓冲吸能。在对原设计的耐撞性分析的基础上,建议对原有牵引梁结构加以改进,并在前端增加两组不同尺寸和厚度的带圆角的方管作为缓冲吸能管,考虑了在缓冲管中填充泡沫铝与否,形成了 4 种设计方案。数值模拟结果表明,与原设计方案相比,新方案的整个头车的吸能量有大幅度提高,刚性墙反力的峰值也有一定程度的降低,采用大的圆角半径的厚管并填充泡沫铝的方案的改进效果最明显。   关键词:固体力学;耐撞性;有限元方法;吸能结构;高速列车   中图分类号: O342    国标学科代码: 1301565    文献标志码: A   列车安全问题备受关注,在各国相继展开了车辆碰撞研究[ 1 - 4 ] 。在英国,提出了碰撞车体结构设计和可控大变形的吸能方式 [1 ] 。在美国,经过对大量的列车碰撞实验和数值模拟研究,提出了碰撞能量管理设计思想 [3 ] ,强调将变形区域控制在非乘员区域。在日本,在 E217系电动车组上首次设计了两个不同冲击能量吸收的区域 [4 ] 。通过碰撞实验和数值模拟对铁道车辆进行耐撞性设计与分析 [5 ] ,以及在车体的主要变形区域安装吸能装置,尽可能多地吸收撞击产生的能量,并降低碰撞作用的峰值 [6 ] ,可增强车辆的被动安全性。余同希 [7 ] 提出利用金属塑性变形原理可以设计碰撞能量吸收装置。田红旗 [ 8 ] 对列车吸能装置进行了模拟实验并提出耐撞性客车设计方法。蒋家桥等 [9 ] 根据泡沫金属材料的动态特性,设计了新型金属缓冲器。丁晨等 [10 ] 应用耐撞性系统设计思想,设计了采用新型结构和填充物的排障器设计方案。雷成等 [ 11 ] 对高速列车吸能装置吸能原理进行了研究,分析结果表明薄壁结构轴向压溃吸能是一种非常理想的碰撞能量耗散形式。宋宏伟等 [12 ] 发现多孔材料填充的薄壁结构多孔材料与管壁的相互作用,薄壁结构的吸能有所增加,多孔材料的吸能增加 40% 左右。王蕊等 [13 ] 对轴压作用下圆管的力学行为进行了实验研究,结果表明圆管壁厚对撕裂能和塑性弯曲变形能在总能耗中所占比例的影响效果明显。在一些国家,建立了列车的耐撞性标准,但现有标准大都是针对常规的集中动力型低速列车的。目前,涉及动车组列车的车体耐撞性标准有欧洲标准 EN。保担玻玻 : 2008+A1[ 14 ] 。该标准认为,要求车体结构在任何碰撞情况下都可以保证乘客安全是不现实的,设计目标应是在一些经常发生的碰撞事故中对乘客提供一定程度的保护。标准要求车辆设计中采取措施降低爬车风险,以可控方式吸收冲击能量,保持救生空间和乘客区域的结构完整性,限制减速度并防止脱轨和减轻撞击轨道障碍物产生的后果。本文中,采用有限元方法模拟某型动车组头车以一定速度撞击刚性墙的冲击过程,对原头车的牵引梁结构进行适当改进,并增加专门的吸能缓冲管结构,探讨提高列车耐撞性的方法。1  有限元模型1.1  模型的简化   动车车组一般由8节或者16节车厢构成。其中头车的结构相对复杂,主要由车钩、牵引梁、排障* 收稿日期: 2013 - 07 - 23 ;修回日期: 2013 - 11 - 06    基金项目:国家自然科学基金项目( 11372307 );中国科学院创新工程方向项目( KJCX2 - EW - L03 )    第一作者:李松晏( 1984 —   ),男,博士研究生;通讯作者:郑志军, zjzheng@ustc.edu.cn 。

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