摘要：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。

摘要：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%。

摘要：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。

摘要：针对城市轨道交通车辆压溃式吸能装置常用的Q345和5083H111材料,以数值仿真的方式研究冲击动态下壁厚、冲击速度、锥角对其轴向耐撞性能的影响,比选出总吸能一定时耐撞性能更优的设计方案。研究结果表明,薄壁圆锥形构件的比吸能和碰撞力随壁厚和冲击速度的增加而增加,随锥角的变化因材料而异,且Q345材料的比吸能和碰撞力均大于5083H111;在总吸能一定时,采用大锥角、增加壁厚的方案轴向耐撞性能更优,选用5083H111材料耐撞性能更优。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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°。

摘要：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。