摘要：排障器置于列车前端,先于车体冲击排开轨道上的障碍物。在列车速度或障碍物尺寸发生改变时,排障器结构在刚度和吸能特性上具有不同的设计要求。为了设计一种耦合排障−吸能的结构形式,提出一种整体大刚度(排障)、局部结构降低冲击力(削峰吸能)的双尺度优化设计方法。该方法在以刚度为目标的整体结构初设计中确定变形区间,并在串行路线下完成以引导结构变形为目标的局部结构优化,最终形成新型排障器。研究结果表明:在基于标准EN 15227的静载荷工况下,新型排障器结构的质量降低了7%,同时,结构安全性提升;在冲击刚性墙仿真中,相较于原有排障器,新型排障器的峰值力降低了17.5%,且优化后的缓冲梁结构使排障器中部产生的弯折变形变为压缩变形,有效缓解了排障器后侧对车体结构的挤压现象。

摘要：针对轨道车辆现有防爬器难以兼顾稳定全向防爬及大吸能阈值下高载荷效率的功能需求,提出一种基于Voronoi吸能管的新型全向防爬器,该防爬器由具有“引导-啮合”作用的全向防爬齿板及二维Voronoi异面拉伸吸能结构组成,建立基于显式动力学的吸能结构及防爬器有限元模型并进行仿真分析。研究结果表明:随胞元数和胞元规则度增大,胞元可控的Voronoi吸能管可以在一定程度上提升Voronoi吸能管的吸能效率;该新型防爬器在由水平、垂直及倾斜3个偏置参数相组合的7个工况中均能有效引导对中并稳定啮合,且随着引导偏置量的增大,防爬器所提供摆正车体的力增大。在结构耐撞性方面,由于2对撞吸能管所形成塑性铰的差异以及防爬齿板引导的共同作用,防爬器撞击时的初始峰值力明显降低;相比于理想对心碰撞,偏置的存在会提高该防爬器的吸能效率、载荷效率和初始峰值力(倾斜偏置工况除外)。

摘要：Johnson-Cook模型是适用于金属高应变率、大变形的强动载材料模型之一,其对应于材料的参数标定是模型应用的关键。由于没有考虑复杂应力状态对材料性能的影响,在不同应力状态下使用传统标定方法标定的模型进行模拟计算,计算结果与实际情况存在显著的差异。为了减小这种差异,使用6005A-T6铝合金,设计用以表征不同应力状态的缺口试件,在应变率4×10^(-4)s^(-1)条件进行准静态单向拉伸试验。使用一种基于遗传算法的反演标定方法,将不同应力状态条件下的试验数据纳入到遗传算法的训练集中,以Matlab-LS-DYNA联合编程进行数据交互与集成,从而获得标定参数的最优解。结果表明,该方法标定的材料模型参数弥补了传统方法的不足,在复杂应力状态条件下具有更好的适用性。

摘要：基于Miner线性累积损伤理论及分段累积损伤与剩余寿命(运行里程)的关系,通过台架疲劳试验得到的累积损伤对某型动车组服役铸铝横梁剩余寿命进行等效表征。以多工况线路条件下动力学仿真获得的铸铝横梁外载荷为边界条件,在静载试验校验铸铝横梁有限元模型准确性的基础上,由瞬态仿真分析外推得到铸铝横梁应力谱;基于标准线路工况10^7次等幅循环疲劳试验获得铸铝横梁累积损伤基准,根据运营里程与累积损伤之间的线性比例关系,外推计算线路工况累积损伤与台架疲劳试验损伤等效时的运营里程即为铸铝横梁的剩余寿命。结果表明:铸铝横梁采用与车体等寿命设计,10^7次台架疲劳试验后未产生疲劳裂纹扩展,动力学—有限元联合仿真分析及剩余寿命预测结果均表明铸铝横梁实际承载造成的累积损伤不显著,预测的剩余寿命仍满足运营里程1.2×10^7 km的设计要求。

摘要：针对传统多目标优化算法在高维优化问题中多样性不足、收敛速度慢,联合仿真优化的计算效率难以满足实际工程需求等问题,提出基于SPMD并行的NSGA-Ⅲ联合仿真优化方法,由MATLAB优化器与FEM求解器构建联合仿真平台,通过调用多个求解器并行计算优化过程中的适应度函数,以提高面向复杂结构高维优化的计算效率。简单型材算例分析表明,在合理利用计算资源的情况下,提出的并行联合优化方法与传统串行方法相比,优化效率提高近一倍。以大型复杂机械结构高速列车车体侧墙为对象,建立多工况高维多目标优化问题,解析车体强度、刚度对侧墙结构不同区域型材厚度敏感性;对比分析Pareto解集,在侧墙质量减少0.96%的前提下,弯曲和扭转刚度分别增加了7.51%、5.39%,最大应力减少了12.18%。同时,相较于NSGA-Ⅱ算法,NSGA-Ⅲ算法可为车体结构优化设计提供更多符合期望的优化解集。

摘要：针对现有空间锁紧分离机构在深空探测与在轨服务等特定领域运用受限的问题,设计一种无动力源可重复锁紧分离机构。该锁紧分离机构基于凸轮机构原理,结合机械传动紧凑化设计实现了分离、避让、捕获、锁紧多重动作一体化集成。通过建立锁紧勾运动参数化模型,对凸轮槽构型曲线进行优化设计,得到锁紧勾满足预期动作的凸轮槽曲线,在此基础上对锁紧机构进行了动力学仿真分析,仿真结果表明:在300 N锁紧载荷工况下,操作末端操作力矩为0.14 Nm,锁紧勾行程11 mm,满足设计指标。对锁紧机构进行功能试验验证,结果表明该锁紧机构能够实现对载荷单元多次锁紧分离功能,且锁紧分离过程平缓、顺畅,验证了设计的正确性与可行性。所提出的锁紧分离机构及其设计与分析方法可为其他同类产品提供参考。