摘要：近年来城际铁路成为旅客短途出行的重要选择,符合旅客需求的列车停站方案能够吸引更多的客流,提高城际铁路的核心竞争力。本文选取丹大城际铁路作为研究对象,以城际列车运营收益最大、旅客等候列车时间最少和列车空费能力最少为目标建立目标函数,以节点服务频率、车站设备能力等为目标函数约束条件,设计算法进行求解。研究结果表明,优化后停站方案的节点覆盖范围提高,列车开行对数、停站次数、服务次数、服务频率有所降低,在降低能耗、降低成本的同时提高了停站方案的均衡程度。本文的研究成果可为高铁管理部门在城际铁路开行方案制定方面提供合理参考。

摘要：将全局灵敏度分析方法应用到轨道列车耐撞性分析当中。以轨道车辆前端吸能结构参数作为设计变量,分别以总吸能量和接触力峰值作为目标响应,采用Sobol’分析法,通过构建Kriging代理模型,计算各参数的一阶主灵敏度值、总灵敏度值和二阶交互效应灵敏度值,并进行分析,辨别对吸能性能影响较大的参数,将简化后结构与原结构的优化结果进行比较。结果表明:Kriging代理模型具有较高的精度,能满足耐撞性分析的要求;Sobol’法能很好地评价该过程的灵敏度,为优化设计提供有力参考,简化优化模型。

摘要：在截面上引入梯度壁厚设计是一种很有前景的提高薄壁结构吸能效率和耐撞性能的方法。研究双面梯度厚度方形多胞管在轴向加载过程中的变形模式和能量吸收问题。基于简化的超折叠单元理论分析了通过引入梯度厚度提高吸能效率的可行性,确定了一种多胞管截面材料分布方式,并进行了数值仿真分析。仿真结果表明:在横截面引入梯度厚度使多胞管能量吸收效率(比吸能)最大增加了25%,明显改善了多胞管的载荷稳定性,且在提升比吸能的同时几乎不增加初始峰值力。此外,采用径向基神经网络法求解梯度厚度方形多胞管截面的结构优化问题,优化后管件的比吸能比均匀厚度多胞管增加了35%,验证了在翼板交汇区域增加材料的确可以有效提高多胞管的能量吸能效率。

摘要：抗垂向屈曲能力是列车碰撞过程中端部吸能结构重要性能指标。提出一种分级导向防爬吸能结构,通过显式动力学软件Pam-Crash对其吸能特性进行仿真分析,并对比研究分级与单级导向模式吸能特性。采用最优拉丁超立方设计方法进行采样,构建比吸能SEA和峰值力PCF关于结构设计参数的高阶响应面近似模型,并采用NSGA-Ⅱ遗传算法对其进行多目标优化,得到pareto前沿解集。在峰值载荷不变的情况下,优化的分级导向防爬结构的比吸能与能量均有明显增加。研究结果表明:分级导向防爬吸能结构不但能提供可观的能量吸收,而且可以缩减安装空间。

摘要：考虑工程实际中设计参数的不确定性,基于D-最优试验设计和可靠性理论对转向架构架进行结构强度分析。根据UIC 510-3-1994标准对构架进行结构强度分析,确定受力较大部位的设计参数。运用APDL语言建立构架的参数化模型,并对设计参数进行D-最优试验设计,进而计算构架的结构强度。利用最小二乘法对试验数据进行拟合,建立多项式响应面函数,并对其进行方差分析,检验响应面的精度。基于高精度响应面函数,采用Monte-Carlo拉丁超立方抽样方法对构架进行结构强度的可靠性分析。研究结果表明:设计参数的变化对结构强度的影响较大,且各设计参数的交互作用较小。转向架构架的结构可靠度为0.984 3,表明了不确定参数对构架结构强度和安全性的影响程度。基于D-最优试验设计的响应面法工作效率高,可为其他复杂结构的不确定性分析提供参考。

摘要：梯度厚度和多折角设计是提升薄壁结构吸能效率的两种有效策略,将这两种策略联合,提出了具有双面梯度厚度的多角薄壁结构(包括方管和非凸多角管),并对其在轴向冲击下的力学行特性进行了理论分析,推导了该结构的平均撞击力理论模型。基于显示非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对该结构进行了仿真实验研究,且仿真实验结果与理论预测值有较好的一致性。实验结果表明:增加折角数和提升厚度梯度均可有效提升管件的吸能效率。作为梯度厚度策略与多角薄壁结构的联合,具有双面梯度厚度的非凸多角管相比传统均匀厚度的方管在比吸能上提高148%~205%,充分展现了这种联合策略在提升薄壁结构耐撞性方面的高效性。

摘要：复合材料夹芯结构在轨道车辆轻量化设计中应用广泛,传统单一铝蜂窝芯体的复合材料夹芯结构抗冲击性能较差,难以满足运用需求。在传统碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的芯体中引入网格形格栅,形成碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构,在格栅交点处、单肋板中心处和格栅中心处3种典型位置对其分别进行落锤冲击试验与冲击后压缩试验。并将碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构应用于车体顶棚结构,在落石冲击工况下建立了3种不同材料的车体顶棚仿真模型,分析其比峰值载荷和比刚度等力学性能。结果表明:碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构相较于传统碳纤维/铝蜂窝夹芯结构,其抗冲击性能更强,冲击后压缩强度高出约34%,压缩刚度高出约52%;位于格栅交点处与单肋板中心处的接触力峰值、分层临界载荷与凹坑深度显著优于格栅中心处;与碳纤维/铝蜂窝车体顶棚相比,碳纤维/格栅增强蜂窝车体顶棚在落石冲击下的变形量减小了71.73%,比峰值载荷与比刚度分别提高了133.33%、146.72%。碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构兼具轻量化与性能强的优点,适合作为大型承载结构,可以为高速列车车体结构设计提供参考。

摘要：介绍了碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的Kevlar短纤维界面增韧方法。通过三点弯曲实验和面内压缩实验,对比增韧试件与未增韧试件的载荷位移曲线、破坏模式等特征,发现未增韧试件往往先发生界面分层破坏,继而面板和芯体分别发生局部破坏;而增韧试件通常发生整体破坏。实验数据显示,Kevlar短纤维界面增韧可以使碳纤维/铝蜂窝夹芯板的抗弯强度、压缩强度、能量吸收等力学性能分别至少提高14.06%、55.80%和61.53%。对破坏后界面的SEM观测发现:增韧试件并未发生界面脱粘,而是由于芯体撕裂造成面/芯剥离,揭示了Kevlar短纤维的界面增韧机制。对具有Kevlar短纤维界面增韧的碳纤维/铝蜂窝夹芯结构进行有限元建模,并分别对其在三点弯曲和面内压缩载荷下的力学行为进行数值分析,以指导该类夹芯结构的分析与设计。

摘要：研究均布外压作用下具有非均匀特征的碳纤维/环氧树脂复合材料格栅加筋(AGS)圆锥壳体构型优化。首先,充分考虑复合材料格栅圆锥壳体中格栅非均匀分布造成结构小端材料利用不充分问题,提出变环肋铺设间距的优化分布方式,使格栅在截顶圆锥壳体结构上小端疏大端密。之后,基于考虑格栅非均匀分布及变环肋间距铺设特征的等效刚度模型,并采用最小势能原理得到环肋铺设优化后的AGS圆锥壳体临界载荷值解析式。针对典型锥壳的有限元验证表明解析算法的误差在1%左右,证实了本文提出的分析方法的可靠性和有效性。最后,通过对环肋间距优化圆锥壳体的参数分析,发现优化环肋分布方式可以使AGS锥壳结构的外压稳定性大幅上升。本文研究内容为碳纤维/环氧树脂复合材料AGS圆锥壳体的优化设计提供了一种具有较高承载力的构型,并为此类结构的计算提供了解析算法。

摘要：在薄壁管中引入预折叠图案已被证明可以有效增强其能量吸收能力.然而,仅仅靠预折叠图案设计所提高的能量吸收能力已经达到天花板,难以进一步提高。本研究为解决这一问题,提供了一种全新的技术路线.我们首先设计了一种结构均匀的预折叠薄壁管作为参考结构.然后,我们对参考结构的壁厚进行非均匀化设计。在保持薄壁管总质量不变的情况下,加厚了塑性变形相对较大的局部区域的壁厚,同时变薄了塑性变形相对较小的局部区域的壁厚。这种非均匀设计方式使薄壁管的整体变形更加协调,不仅显著提高了结构的比吸能(SEA),而且降低了峰值力(PCF),实现了SEA和PCF的更优组合.