地铁车辆蜂窝式防爬器的结构设计及优化

为研究某型地铁车辆蜂窝式防爬器的吸能特性，根据轨道车辆耐撞性标准，对其吸能区域的结构进行合理设计，进而研究了不同薄壁壳厚度和蜂窝厚度下蜂窝式防爬器的吸能特性。利用四次多项式响应面代理模型拟合出其压缩力效率，并运用多岛遗传算法对其压缩力效率最大值进行寻优。结果表明：多级蜂窝式防爬器的比吸能和压缩力效率都明显优于相同质量下的单级蜂窝式防爬器和圆管式防爬器；薄壁壳壁厚对多级蜂窝式防爬器的撞击力影响较铝蜂窝壁厚更为显著；通过使用四次多项式响应面法和多岛遗传算法在设计空间中寻找到其最优的壁厚组合，压缩力效率比优化前提高了6.03%，相较圆管式防爬器提高了60.96%；该防爬器在压缩力效率和比吸能方面具有明显优势，应用于地铁车辆的吸能防爬环节将发挥其重要的作用。     

轴向预压金属圆管受轴向冲击的吸能特性研究

为了研究轴向预压金属圆管在轴向冲击载荷下的力学行为和吸能特性,基于Abaqus对承受轴向预压的半径厚度比R/t为15的金属圆管轴向冲击进行了有限元分析,同时考虑到初始几何缺陷、预加载引起的初始几何形变、边界条件等因素的影响,在有限元仿真时建立了相应的对照组。仿真结果表明:(1)固定端简支条件下比固支条件下出现的变形模式更为复杂,吸能特性和其对应变形模式有很大关系,当非对称褶皱较多时,吸能特性变差;(2)初始几何缺陷可以诱导圆管产生非轴对称褶皱,而轴向预压圆管对初始几何缺陷不太敏感,较小的预压可以抵消初始几何缺陷的作用。     

TRB波纹管结构参数对碰撞吸能的影响

通过实体单元建立TRB波纹管碰撞吸能有限元模型,研究TRB波纹管的薄区厚度、过渡区厚度差、波纹管壁半径和过渡区长度对吸能、比吸能和初始峰值力的影响,通过正交试验设计得到试验方案,数值模拟结果发现,增加薄区厚度和过渡区厚度差能够提高波纹管吸能和比吸能,增加过渡区长度能够降低初始峰值力。     

CFRP缠绕薄壁铝圆管的轴向压溃吸能特性分析

采用仿真与试验结合的方法,探讨缠绕方式为[±45°/90°]碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝混合薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的压溃失效形式与吸能特性。通过准静态轴向压缩试验得到混合圆管的压溃变形历程、压溃模式以及初始压溃载荷、平均压溃载荷等吸能特性参数。依据试验样件建立混合管有限元模型,利用Abaqus/Explicit获得了与试验吻合度较好的模拟结果,重现了混合管在准静态载荷下的压溃失效行为。基于仿真结果发现与铝管相比,混合管的初始压溃载荷、平均压溃载荷、比吸能及载荷效率分别提升了97.6%、93.3%、57.8%和5.9%。并选取压溃载荷阶段性峰、谷点对混合管形态及各层纤维损伤失效形式进行了分析。结果表明:在混合管结构完整时,轴向载荷主要由纤维承载,在压溃破坏阶段,纤维损伤失效模式随纤维缠绕角度、铝管压溃形态以及CFRP/Al粘接界面状态等产生变化。随后对比了三种不同结构形式CFRP/Al混合圆管的吸能特性,发现外层缠绕[90°/±45°]CFRP/Al混合圆管吸能性最好。     

具有刚度梯度折纹管能量吸收

为了解决传统薄壁方管在遭受冲击时最大峰值力大且吸能效率低等问题,通过在方管表面引入折痕,提出了一种八边形折纹管.应用有限元软件Abaqus/Explicit模拟了其在准静态压缩下的变形模式和吸能情况.结果表明,相较于普通方管,折纹的引入降低了最大峰值力Pmax,提高了平均压溃力Pm,且形成了刚度梯度折纹管,使得在压缩前期产生较小的支反力,有利于保护主结构.随着压缩量的增大,支反力随之增大,从而提高折纹管的吸能性能.通过对折纹管的标准段个数M、c/l和b/t等参数对吸能性能影响的研究,获得了提高折纹管吸能性能的优化折纹管结构,为汽车吸能构件的应用提供了参考.     

碳纤维增强环氧树脂基复合材料圆管轴向压溃分层失效仿真

为了模拟单向碳纤维增强复合材料圆管的压溃失效形式及吸能特性,对圆管进行轴向压溃试验,获得圆管的压溃失效形式及压溃载荷-位移曲线。采用单层壳单元模型进行压溃仿真,确定MAT54材料模型中非试验可测量参数。建立多层壳单元模型,基于Tiebreak接触模拟分层失效,研究网格划分尺寸及壳单元层数对压溃失效形式的影响,通过与试验结果对比验证所建立模型的准确性。研究表明参数YCFAC和SOFT影响压溃载荷-位移曲线的峰值载荷和平均压溃载荷。网格尺寸和壳单元层数影响圆管的失效形式,网格尺寸越小,分层失效和基体开裂现象越明显。随着壳单元层数增加,初始峰值载荷呈递减趋势,所需计算时间呈指数型增长趋势。综合考虑计算成本和预测准确性,采用4层壳单元模型能够准确预测碳纤维圆管的轴向压溃性能和分层失效。     

泡沫铝材料参数反求及其填充锥形薄壁管的吸能性能研究

为了研究一种商业化生产的泡沫铝力学性能并对其填充结构进行仿真模拟,基于材料的准静态压缩试验和材料本构模型进行了泡沫铝和铝合金材料参数反求,并采用试验数据验证了所得材料参数的正确性。运用有限元软件LS-DYNA进行数值分析,研究了壁厚、锥角和填充泡沫铝密度等设计参数对泡沫铝填充锥形薄壁管吸能特性的影响。结果表明,利用材料反求的方法可获得准确的材料参数;泡沫铝密度和壁厚对平均力的影响更为显著,相比于锥角更易控制能量吸收;管壁厚度是影响初始峰值力的主要因素;填充泡沫铝后不仅能够改善薄壁管的变形情况、增大比吸能,且对初始峰值力的影响较小。     

A6061薄壁圆锥管轴向压缩性能的数值分析和理论研究

采用LS-DYNA软件对锥倾角0°~40°、壁厚1 ~2.5 mm的A6061圆锥管进行轴向压缩仿真,研究锥倾角和壁厚对圆锥管吸能特性和变形规律的影响;基于Mamalis圆锥管瞬时载荷压溃模型,提出大范围锥倾角（15°~40°）瞬时载荷修正公式。研究结果表明：变形模式的临界角为15°,当锥倾角小于等于15°时,变形模式为堆叠模式,当锥倾角大于15°时,变形模式转变为嵌套模式;平均载荷与比吸能均随着锥倾角的增大缓慢减小,而初始峰值载荷则大幅度减小;随着壁厚增大,压溃模式由钻石模式转变为环形对称模式,平均载荷、初始峰值载荷和比吸能均增大。基于仿真结果,采用皮尔逊相关系数分析法修正了Mamalis瞬时载荷公式,修正值与仿真值的最大误差小于10%,通过试验验证了修正公式的准确性。修正公式为揭示大范围锥倾角薄壁管压溃机理提供了理论依据。     

防冲液压支架在冲击倾向性巷道支护中的应用研究

为提高冲击倾向性巷道围岩稳定性,以小庄煤矿40309工作面回风顺槽为研究对象,采用理论分析和现场监测的方法对防冲液压支架在冲击倾向性巷道支护中的应用展开研究.结果 表明:防冲液压支架的吸能让位功能可提升冲击倾向性工作面巷道围岩的稳定性;采用防冲液压支架可有效控制超前支护区段巷道围岩变形;防冲液压支架支护区段顶板与两帮变形量均控制在100 mm以内,可保障工作面安全回采.     

基于薄壁梁压溃理论的商用车被动安全性提升研究

为使某企业商用车被动安全性提升到欧盟ECE R29-03标准,进行基于薄壁梁压溃理论的碰撞性能仿真及优化研究。首先,建立正面摆锤碰撞驾驶室虚拟试验模型,并以国内《商用车驾驶室乘员保护》标准对驾驶室进行正面摆锤撞击仿真试验,对比实车试验以验证驾驶室虚拟试验模型的准确性。其次,基于矩形截面薄壁梁纵向压溃理论,推导多直角截面薄壁梁纵向压溃吸能理论表达式。然后,依据碰撞中驾驶室地板纵梁压溃反力随时间变化曲线,提出一种基于多直角薄壁梁纵向压溃理论的双帽型结构吸能器,进而进行吸能器参数的优化设计。最后,在欧盟ECE R29-03标准的试验工况下进行正面摆锤撞击仿真验证新型吸能器结构的有效性,提升了商用车被动安全性,为改进平头商用车被动安全性提供理论基础。