城轨车辆耐撞性及其吸能结构的研究

发布时间：2017-08-04 07:42

  本文关键词：城轨车辆耐撞性及其吸能结构的研究

  更多相关文章： 轨道车辆 碰撞 切削 耐撞性

【摘要】：随着轨道交通行业的迅速发展及其运量的不断加大,车辆运行的安全性已越来越受到人们的重视。轨道车辆的安全性分为主动安全性和被动安全性,从以往发生的事故来看,仅仅依靠主动安全防护技术往往难以确保乘员的生命安全与车体结构不受到重创,因此车辆被动安全防护技术已经成为国内外轨道车辆技术人员所研究的重要课题。本文首先利用ANSYS/LS-DYNA软件分别对三种同等壁厚的薄壁管件(圆管、方管、锥形管)的碰撞过程与装在某B型地铁头车上压溃式吸能结构的工作过程进行了仿真分析,得出了它们各自的吸能量与碰撞力随时间的变化曲线,在此基础上对其耐撞性进行了研究和评价。其次,依据金属切削过程会消耗大量能量的原理,对不同参数(刀具前角、切削深度、工件材料、工件形状等)下刀具切削工件的过程进行了碰撞仿真分析,探索了各种参数对切削吸能过程的影响。结果表明,刀具切削工件吸收能量的过程与管被压溃吸收能量的过程相近,但前者的平均碰撞力远小于后者且其波动幅度也比后者更小。在对不同切削形式下的切削式吸能结构进行了碰撞仿真分析和吸能特性的评估后得知,切削—压溃式吸能结构吸能效果最优。最后,分别对无防爬吸能结构、装有压溃式防爬吸能结构和装有切削式防爬吸能结构的B型地铁列车头车在12.25km/h和18.36km/h两种速度下正面碰撞固定刚性墙的过程进行了仿真分析。结果表明:(1)装有切削式防爬吸能结构头车端梁和缓冲梁的吸能量比无防爬吸能结构时的吸能量降低达93.6%和57.5%,比装有压溃式防爬吸能结构时的吸能量降低达23.6%和29.3%;(2)装有压溃式防爬吸能结构头车的初始碰撞力峰值最小,其值是无防爬吸能结构时的38.3%和46.2%,是装有切削式吸能结构时的78.6%和97.3%;(3)装有压溃式或切削式防爬吸能结构后,地铁头车的减速度可降为无防爬吸能结构时的19.7%或48.9%,且两种情况下车体的塑性变形都会大为减小。
【关键词】：轨道车辆 碰撞 切削 耐撞性
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.14
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 轨道车辆耐撞性研究的背景及现状9-14
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 国内外轨道车辆被动安全性研究现状10-14
• 1.2 切削式吸能研究现状14-15
• 1.3 轨道车辆耐撞性研究方法15
• 1.4 本文研究内容15-17
• 2 轨道车辆碰撞仿真理论基础17-25
• 2.1 概述17
• 2.2 碰撞仿真过程中的基本控制理论17-21
• 2.2.1 基本运动方程17-19
• 2.2.2 边界条件19-20
• 2.2.3 材料本构方程20-21
• 2.3 显式有限元理论21-23
• 2.3.1 显式中心差分法21-22
• 2.3.2 显式中心差分算法稳定的条件22-23
• 2.4 碰撞仿真过程中的关键技术23
• 2.4.1 接触碰撞算法23
• 2.4.2 沙漏控制技术23
• 2.5 软件介绍23-24
• 2.5.1 Hyper Mesh软件23-24
• 2.5.2 LS-DYNA软件24
• 2.5.3 Hyper View软件24
• 2.6 本章小结24-25
• 3 轨道车辆吸能结构耐撞性分析25-38
• 3.1 压溃式吸能结构的耐撞性分析25-27
• 3.1.1 薄壁方管的耐撞性分析25-26
• 3.1.2 薄壁圆管的耐撞性分析26-27
• 3.1.3 薄壁锥形管耐撞性分析27
• 3.2 某B型地铁压溃式吸能结构的耐撞性分析27-29
• 3.2.1 变形历程28
• 3.2.2 吸能过程分析28-29
• 3.3 切削式吸能结构的耐撞性分析29-30
• 3.3.1 切削式吸能结构简化模型29
• 3.3.2 材料模型29-30
• 3.3.3 接触、载荷和约束30
• 3.3.4 切削分离准则30
• 3.4 切削吸能过程仿真分析30-32
• 3.4.1 能量和切削力分析31
• 3.4.2 薄壁管件与切削式吸能结构的比较31-32
• 3.5 城轨专用切削式吸能结构的耐撞性分析32-34
• 3.5.1 变形历程33
• 3.5.2 能量和切削力分析33-34
• 3.5.3 与城轨专用吸能结构比较34
• 3.6 不同切削形式下的切削式吸能结构的仿真分析34-37
• 3.6.1 仿真分析34-35
• 3.6.2 比吸能和载荷特性评价35-37
• 3.7 本章小结37-38
• 4 切削式吸能结构的影响因素38-45
• 4.1 刀具前角对切削吸能过程的影响38-39
• 4.2 刀具后角对切削吸能过程的影响39
• 4.3 切削深度对切削吸能过程的影响39-40
• 4.4 切削速度对切削吸能过程的影响40
• 4.5 碰撞质量对切削吸能过程的影响40-41
• 4.6 工件材料对切削吸能过程的影响41-43
• 4.6.1 不同工件材料对吸能过程的影响41
• 4.6.2 工件材料参数对吸能过程的影响41-43
• 4.7 不同工件形状对吸能过程的影响43-44
• 4.8 本章小结44-45
• 5 耐碰撞城轨车辆的设计要求与碰撞仿真分析45-59
• 5.1 耐碰撞城轨车辆设计要求45-46
• 5.2 耐碰撞车辆评价标准46-47
• 5.3 碰撞能量的分配47
• 5.4 某B型地铁头车碰撞仿真模型的建立47-49
• 5.4.1 几何模型的建立48
• 5.4.2 有限元模型的建立48-49
• 5.5 某B型地铁头车的碰撞仿真分析49-58
• 5.5.1 碰撞工况的确定49-50
• 5.5.2 头车以 12.25km/h碰撞刚性墙时的分析结果50-54
• 5.5.3 头车以 18.36km/h碰撞刚性墙的分析结果54-58
• 5.6 本章小结58-59
• 结论59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 攻读学位期间研究成果64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈淑琴;牛卫中;文洮;;城轨车辆碰撞仿真与防爬器防爬能力的影响因素[J];机械强度;2015年05期

2 刘国伟;夏茜;王千叶;董茹玲;;切削式吸能热力耦合研究[J];振动与冲击;2015年14期

3 刘国伟;夏茜;王千叶;董茹玲;;切削式吸能的惯性效应[J];交通运输工程学报;2015年03期

4 王存义;张乐乐;卫亮;宋宇;;基于坐姿假人的地铁乘员二次碰撞损伤影响分析[J];铁道学报;2015年03期

5 岳伟玲;王喜顺;罗昌杰;于文泽;;圆孔拉刀式吸能器吸能特性的研究[J];机械设计与制造;2014年07期

6 Alastair Erskine;阎锋;李东锋;;轨道车辆结构防碰撞性文献综述[J];国外铁道车辆;2014年03期

7 毛从强;;刨削式防爬器刨削力的控制[J];铁道车辆;2014年03期

8 雷成;肖守讷;罗世辉;;轨道车辆新型车端专用吸能装置[J];西南交通大学学报;2013年04期

9 雷成;肖守讷;罗世辉;;金属切削吸能过程的仿真研究[J];煤矿机械;2013年05期

10 雷成;肖守讷;罗世辉;;轨道车辆切削式吸能装置吸能特性研究[J];中国机械工程;2013年02期

，

本文编号：618405