参数化列车碰撞平台的动力学建模与仿真

轨道车辆的设计过程中,有限元碰撞仿真方法建模复杂、修改周期长.为快速计算准确的列车碰撞响应,基于车辆-轨道耦合动力学理论,使用Matlab程序语言,建立参数化列车碰撞平台.根据实际参数,将车辆实体模型转化为数学模型,将连续轨道模型离散为弹性点支承模型;基于Hertz接触理论,使用向量法建立轮轨相互作用模型;将车钩缓冲装置、吸能防爬装置和悬挂装置的力学特性转化为非线性迟滞特性数学模型;采用修正双步长显式积分算法对参数化模型进行时域求解.将有限元仿真结果与参数化仿真结果在速度、加速度以及最大轮对抬升量方面进行对比,结果表明,两种模型的速度变化趋势相同,加速度绝对误差小于1m/s2,轮对抬升量峰值相对误差1.67％,各项指标的相对误差保持在10％以内,对参数化列车碰撞平台的准确性进行了验证.研究结果为揭示列车碰撞后的响应机理建立了仿真基础,为轨道车辆的耐撞性设计中参数的选定提供了一定的理论支撑.     

ANSYS在机车车体结构设计中的应用

通过介绍某机车车体详细的有限元模型,描述了对车体结构分析的基本过程。并明确了车体有限元分析的主要影响因素以及对车体结构分析的基本步骤,为利用ANSYS对机车车体结构分析提供了参考依据。     

机车车体牵引座及减振器座的疲劳寿命仿真分析

通过对机车进行动力学仿真分析,得到机车车体牵引座及减振器座的载荷—时间历程,结合有限元分析得到的应力应变结果和材料特性曲线,给出轨道激励作用下的车体牵引座及减振器座的薄弱位置和疲劳寿命。     

不同摩擦系数对地铁列车曲线碰撞的影响

为分析不同摩擦系数对地铁列车曲线碰撞的影响,以某4节编组地铁列车为研究对象,建立其有限元模型。设计了动摩擦系数在0.05～0.5之间变化的6种碰撞工况,从碰撞能量转化、车辆点头姿态和车轮抬升量等方面,对地铁列车碰撞结果进行了详细的对比分析。研究结果表明,随着摩擦系数的提高,轮轨间滑移能逐渐增大,车体结构变形吸收的总内能变化不大,而防爬吸能装置和头车前端结构吸收的能量逐渐减少;碰撞能量转化、车辆点头姿态和车轮抬升量等增大或减小的趋势随摩擦系数的提高而逐渐变缓。     

基于混合神经遗传算法的扩胀管吸能特性预测

由于结构参数对吸能元件的吸能特性具有重要影响,将填充了泡沫铝的扩胀管与混合神经遗传算法相结合,对不同结构参数下扩胀管吸能特性进行分析预测。首先,基于泡沫铝填充机理设计出泡沫铝填充的扩胀式吸能装置,并建立有限元模型;然后利用非线性有限元软件LS-DYNA对不同参数变化情况下的扩胀管进行准静态轴向碰撞仿真;最后将胀管壁厚、诱导锥角、泡沫铝密度作为BP神经网络输入,扩胀管吸能特性参数作为网络输出,利用遗传算法优化网络权重和阈值,建立3层BP神经网络预测模型,经样本数据训练得到合适的网络。研究结果表明,网络预测值与期望值很接近,平均压溃载荷的误差值为3.02%,比吸能的误差值为4.82%,压缩力效率的误差值为0.92%,说明了该网络模型能够有效地预测扩胀管的吸能特性,并具有较高的精确度。     

轨道车辆新型组合结构吸能装置耐碰撞性分析

为保证列车碰撞时车体次要部位或附加装置尽可能多地吸收撞击能量,减少财产损失和人员伤亡,提出组合结构吸能装置的设计思想.根据耐撞性车体吸能装置设计原理,设计出不同截面形状管的组合结构吸能装置.利用ANSYS/LS-DYNA对其分别进行动态仿真,研究其吸能特性,并取其最优方案与试验结果进行对比,从而验证仿真模型的正确性.通过对原始设计方案外箱板的截面形状和吸能管的端部结构加以改进,设计出两种新型的组合结构吸能装置.仿真分析结果表明,结构的截面形状对整个装置的吸能特性有较大影响,改变结构的截面形状可以有效调节碰撞界面力峰值和均值载荷,改进后的吸能装置耐撞性综合指标更优。     

底架承载式机车变截面中梁优化设计

为了改善某底架承载式机车的刚度性能,使其重量、强度、刚度达到最优匹配,推导了一种鱼腹型中梁的优化设计解析方法。首先,将承载中梁等效成简支梁,采用积分法获得通用挠曲线方程;然后,应用Matlab软件编程计算不同变截面形状下的中梁挠度解析解,并分析不同方案下最大截面高度、起点值、跨度值对中梁挠度和质量的影响,以降低中梁10%挠度为主要目标,确定最优变截面形状;最后,利用有限元分析软件ANSYS对最终确定的鱼腹型中梁设计方案与原方案下车体静强度和模态进行对比分析。研究结果表明,基于力学解析的变截面设计方法可以用于底架承载式机车鱼腹型中梁的快速设计,该理论方法可以在兼顾底架重量最优的同时,对中梁的变截面进行精确控制与设计,从而提高底架的刚度性能。     

内燃机车二级减振结构的研究

基于内燃机车柴油机和主发电机在运行过程中产生响应的叠加原理,提出了在柴油发电机组与底架之间加三向橡胶弹簧单元的二级减振结构,推导了振动方程并建立了Simulink仿真模型,利用有限元算法求解了其振动幅度,并对柴油发电机组的橡胶支承进行刚度优化.对二级减振结构模拟结果显示：该结构使得内燃机车的稳定振幅相对于传统一级减振结构减小了30％.     

横向风载作用下跨座式单轨车辆动力响应研究

横向风载是跨座式单轨车辆系统主要外部激扰源之一。基于多体动力学理论,考虑了轮胎的力学非线性特性,建立了具有38个自由度的跨座式单轨车辆系统动力学模型。以横向脉动风载及美国六级谱轨道不平顺作为系统外部激励输入,开展了在不同风速工况下跨座式单轨车辆运行安全性、平稳性研究。结果表明:车辆动态响应结果随速度的增加而不断增强。当风速达到20m/s时,车辆轮重减载率较高,建议车辆降速或暂停运营。在风速小于15m/s时,跨座式单轨车辆可正常安全运行。横向脉动风载作用下的车辆动态响应的最大值,相对于稳定风载大约会增加(5～12)%。     

列车车体SUS301L-HT不锈钢动态力学性能及其对结构吸能特性的影响

对SUS301L-HT不锈钢材料分别进行了准静态拉伸试验和动态冲击拉伸试验,以获得不同应变率下的材料本构关系。为准确地描述SUS301L-HT不锈钢材料的动态力学性能,采用了列表插值法,并通过对比有限元对标和试验数据来验证该方法的可靠性。以典型薄壁吸能结构为载体,采用2种材料参数,对比分析了SUS301L-HT不锈钢材料的动态力学性能对结构吸能特性的影响。研究结果表明：SUS301L-HT不锈钢具有明显的应变率强化效应,随着应变率的增大,材料的塑性硬化能力降低,表现出明显的温度软化效应;列表插值法相比动态本构模型能更好地描述SUS301L-HT不锈钢的动态力学性能,且采用列表插值法得到的结果与试验结果、有限元结果均有良好的一致性;列车碰撞的应变率属于中低应变率范围,对于SUS301L-HT不锈钢制成的车体吸能结构,考虑应变率效应的结构的实际吸能量要比不考虑应变率效应的相同结构的吸能量高,但初始峰值力相对较大。