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带隔板薄壁方管吸能装置惯性效应研究

铁道科学与工程学报 2023年第6期20卷 2304-2314页

作者：展旭和高广军于尧冯推银王家斌中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 国家高速列车技术创新中心山东青岛266111

针对带隔板薄壁吸能结构的研究目前基本是在准静态条件下开展的,而在实际冲击过程中,由于惯性效应的影响,结构在不同工况下的冲击响应各异。采用冲击试验、数值仿真以及响应面理论对带隔板薄壁方管吸能装置惯性效应进行研究。首先开展... 详细信息

针对带隔板薄壁吸能结构的研究目前基本是在准静态条件下开展的,而在实际冲击过程中,由于惯性效应的影响,结构在不同工况下的冲击响应各异。采用冲击试验、数值仿真以及响应面理论对带隔板薄壁方管吸能装置惯性效应进行研究。首先开展结构冲击试验,对结构的变形模式以及力学响应进行验证。冲击试验结果显示吸能装置的变形过程稳定有序,撞击力-位移曲线在220 kN水平上下波动。采用显式动态有限元软件LS-DYNA建立结构的数值仿真模型,数值计算结果与冲击实验结果较吻合,幅值误差仅为3.6%,充分验证了仿真模型的精度。基于验证后的有限元模型,研究撞击质量、撞击速度和初始撞击动能分别单独变化或组合变化对撞击力的影响,建立了本文吸能结构特有的响应面模型以及模型函数,研究结果表明:撞击速度为4 m/s不变,撞击质量由1 t增加到13 t时,平均撞击力仅变化了3%;当撞击质量恒定不变时,平均撞击力随着撞击速度的增加而增加,时速8 m/s对应的平均撞击力比3 m/s增加了13.6%。初始撞击能量恒定时,结构压缩行程随着撞击速度增加逐渐降低,平均撞击力呈上升趋势;在10 m/s以内的冲击载荷下,初始峰值力变化不明显,由于惯性效应带来的吸能特性变化呈现出不敏感特性,结构在6~10 m/s的撞击速度范围内,速度敏感性最低,适用于欧洲城市轨道列车耐撞性标准中规定的25 km/h碰撞安全速度要求。

关键词：吸能装置冲击试验有限元仿真惯性效应

基于组合式吸能装置的核电厂结构冲击防护研究

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基于组合式吸能装置的核电厂结构冲击防护研究

作者：李海青哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在气候变化和能源供需的挑战下,安全高效发展核电已成为我国能源电力发展战略的重要组成部分,是优化我国能源结构、保障能源安全和实现“双碳”目标的重要举措。以“华龙一号”为代表的三代核电技术标志着我国已步入核电强国行列,而随... 详细信息

在气候变化和能源供需的挑战下,安全高效发展核电已成为我国能源电力发展战略的重要组成部分,是优化我国能源结构、保障能源安全和实现“双碳”目标的重要举措。以“华龙一号”为代表的三代核电技术标志着我国已步入核电强国行列,而随着核电规模的持续增长对结构安全性提出了更高的要求。由飞机撞击、龙卷风飞射物冲击和核电厂内部高能管道破裂甩击等工况造成的冲击荷载对核电厂结构的安全性是一种巨大挑战,且在华龙后续机型的研发中将考虑诸如武器打击等更为苟刻的工况。针对核电厂结构可能遭受的冲击荷载,除在结构设计中进行考虑外,还可通过安装缓冲吸能装置的方式来提高其抗冲击性能。在核电厂结构局部使用缓冲吸能装置进行冲击防护,能显著提升核电厂的安全性和经济性,具有重要的工程应用价值。本文基于核电厂的结构特点及相关冲击工况开展新型组合式吸能装置(组合式吸能装置是由胀管、金属夹芯板通过螺栓连接而成)的研究,通过对该装置的核心组成构件进行试验研究、数值模拟和理论分析的工作,揭示其缓冲吸能机理,提出抗冲击设计方法;在此基础上,基于数值模拟的技术手段,对比分析吸能装置在不同冲击工况下的抗冲击防护能力。上述内容具体包括以下几个方面。(1)胀管吸能装置动力响应及失效机理研究。通过压力试验机和大型落锤冲击试验系统,对胀管吸能装置开展了21组准静态试验和17组落锤冲击试验,基于系统的试验研究得到了胀管的典型动力响应过程。在此基础上,提出了冲击下胀管吸能装置的数值建模方法。通过150余组数值模拟算例,得到了摩擦系数、胀管厚度、锥角、胀管内径、扩径量和冲击速度等关键参数对胀管吸能装置抗冲击性能的影响规律,提出了四种典型失效模式及失效准则,揭示了其失效机理。(2)金属夹芯板缓冲吸能特性研究。本部分选用工程常用金属面板(低碳钢、铝合金)和多胞材料(聚氨酯、泡沫铝)组成的夹芯板作为研究对象开展具体工作。提出了冲击下金属夹芯板的数值建模方法,建立了适用于大规模参数分析的1/4结构数值模型。基于40余组数值模拟算例,得到了面板结构参数(面层材料、面层厚度、约束)、冲击物参数(冲击面积、冲击能量)以及冲击工况(冲击位置、冲击角度)等关键参数对夹芯板缓冲吸能特性的影响规律。(3)组合式吸能装置设计及工程应用。建立了组合式吸能装置的数值模型,研究了吸能装置在不同冲击工况下的抗冲击性能,提出了组合式吸能装置的设计方法。基于数值模拟的技术手段,开展了组合式吸能装置在飞机撞击、风致飞射物和高能管道甩击等三种应用工况下的数值分析,从冲击力响应、冲击能量吸收等角度评价了其在抗冲击防护中的应用效果。

关键词：核电厂结构冲击防护吸能装置冲击试验数值模拟

考虑材料失效准则的吸能装置失效行为与碰撞特性

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中南大学学报（自然科学版） 2019年第2期50卷 487-496页

作者：冯悦肖守讷朱涛杨冰阳光武车全伟西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

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... 详细信息

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。

关键词：机车车辆耐撞性能吸能装置失效准则

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六角弹簧管汽车碰撞吸能装置的效能研究

湖南大学学报（自然科学版） 2011年第11期38卷 43-46页

作者：孟志强何涛尹望吾江和平陈颖湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 湖南亮财汽车安全科技有限公司湖南长沙410010 武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070 长沙理工大学汽车与机械学院湖南长沙410000

根据六角弹簧管汽车碰撞吸能装置的结构与工作原理,采用SolidWorks,Hy-permesh和LS-DYNA仿真软件,建立吸能装置的有限元分析模型.应用所建立的有限元模型,分析了当配重块质量为1.5t,时速为50km/h,汽车正面碰撞时吸能装置的效能.仿真结... 详细信息

根据六角弹簧管汽车碰撞吸能装置的结构与工作原理,采用SolidWorks,Hy-permesh和LS-DYNA仿真软件,建立吸能装置的有限元分析模型.应用所建立的有限元模型,分析了当配重块质量为1.5t,时速为50km/h,汽车正面碰撞时吸能装置的效能.仿真结果表明,六角弹簧管汽车碰撞吸能装置具有很好的保护效果,汽车纵梁侵入量小(252.9mm)、碰撞能量的吸收比高(52.09%)、汽车X方向加速度峰值低(58.8g),验证了该吸能装置能有效地保护汽车和车内乘员的安全.

关键词：防撞性车架碰撞弹簧管吸能装置有限元

基于神经网络的数据挖掘模型在吸能装置上的应用

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西南交通大学学报 2021年第5期56卷 995-1001页

作者：车全伟雷成李玉如朱涛唐兆姚曙光中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111 郑州铁路职业技术学院河南省轨道交通智能安全工程技术研究中心河南郑州451460 西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

针对传统有限元分析方法对机车车辆结构耐撞性计算效率低的问题,在已有仿真分析数据基础上,引入机器学习方法,对车辆关键结构的耐撞性以及碰撞安全性进行分析预测.首先,建立基于神经网络的数据挖掘模型,在此基础上构建车辆关键结构的碰... 详细信息

针对传统有限元分析方法对机车车辆结构耐撞性计算效率低的问题,在已有仿真分析数据基础上,引入机器学习方法,对车辆关键结构的耐撞性以及碰撞安全性进行分析预测.首先,建立基于神经网络的数据挖掘模型,在此基础上构建车辆关键结构的碰撞响应预测方法;其次,通过试验验证了防爬吸能装置有限元模型的正确性,以此模型为基础获得不同壁厚防爬吸能装置的碰撞响应仿真数据;然后,以吸能装置壁厚作为模型输入,不同壁厚所对应的位移、速度、界面力和内能等碰撞响应作为模型输出,将有限元仿真数据用于模型训练,优化后的数据挖掘模型的拟合优度在0.922以上;最后,为验证模型预测的准确性,将碰撞数学模型的预测结果与有限元仿真结果进行对比,速度、位移、界面力和内能的平均相对误差分别为7.10%、4.51%、6.20%和2.50%.研究结果表明:基于神经网络构建的数据挖掘模型在保证精度的情况下,能很好地反映防爬吸能装置的碰撞特性,大幅降低了计算时间,提高了计算效率.

关键词：机器学习神经网络碰撞响应数据挖掘模型吸能装置计算效率

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地铁车辆端部吸能装置碰撞仿真分析

现代商贸工业 2023年第4期44卷 259-260页

作者：姜焙晨刘志祥孟锰中车青岛四方机车车辆股份有限公司国家工程中心山东青岛266111

使用Hyperworks、Ls-Dyna软件对地铁车辆端部吸能装置组合进行时速25km撞击刚性墙仿真分析。其中,吸能装置组合主要有车钩缓冲装置、防爬吸能装置和端部吸能地板,该碰撞仿真参考标准EN 15227:2020《铁路应用-轨道车辆耐撞性要求》进行... 详细信息

使用Hyperworks、Ls-Dyna软件对地铁车辆端部吸能装置组合进行时速25km撞击刚性墙仿真分析。其中,吸能装置组合主要有车钩缓冲装置、防爬吸能装置和端部吸能地板,该碰撞仿真参考标准EN 15227:2020《铁路应用-轨道车辆耐撞性要求》进行建模和评估。通过仿真计算得出碰撞过程中的能量变化,变形情况、吸能量以及碰撞力等指标,校核各吸能装置的耐撞性能是否符合设计要求。

关键词：地铁车辆吸能装置碰撞仿真吸能量碰撞力

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材料的应变率效应对吸能装置的性能影响

现代制造技术与装备 2023年第12期59卷 168-170页

作者：陈轩中车制动系统有限公司青岛266000

为了研究材料的应变率效应对吸能装置性能产生的影响,针对吸能装置变形的关键材料20Mn2分别进行静态拉伸试验和动态拉伸试验。试验结果表明,随着变形速率的提高,20Mn2材料的抗拉强度及屈服强度显著增大,材料应变率效应明显。吸能装置的... 详细信息

为了研究材料的应变率效应对吸能装置性能产生的影响,针对吸能装置变形的关键材料20Mn2分别进行静态拉伸试验和动态拉伸试验。试验结果表明,随着变形速率的提高,20Mn2材料的抗拉强度及屈服强度显著增大,材料应变率效应明显。吸能装置的变形力值主要受材料性能的影响,因此推测动态冲击速度越大,吸能装置的变形力值也越大。为验证这一猜想,对吸能装置开展了准静态压缩试验及速度为25 km·h^(-1)的冲击试验。

关键词：应变率效应吸能装置性能影响

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组合式吸能装置仿真分析与试验

电力机车与城轨车辆 2023年第1期46卷 87-90,111页

作者：苏永章岳译新匡希超重载快捷大功率电力机车全国重点实验室中车株洲电力机车有限公司湖南株洲412001

为了解决动车组司机室结构前端空间紧张和列车碰撞吸能能力不足的难题,文章提出一种组合式吸能装置,并通过有限元仿真分析和动态冲击试验对吸能过程和防爬性能进行验证。仿真分析和试验结果均表明,该组合式吸能装置满足标准EN 15227-200... 详细信息

为了解决动车组司机室结构前端空间紧张和列车碰撞吸能能力不足的难题,文章提出一种组合式吸能装置,并通过有限元仿真分析和动态冲击试验对吸能过程和防爬性能进行验证。仿真分析和试验结果均表明,该组合式吸能装置满足标准EN 15227-2008+A1-2010的要求,碰撞过程中的压溃力平稳,变形有序可控。

关键词：吸能装置动态冲击有限元仿真分析试验

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轨道车辆切削式吸能装置吸能特性研究

中国机械工程 2013年第2期24卷 263-267页

作者：雷成肖守讷罗世辉西南交通大学成都610031 郑州铁路职业技术学院郑州450052

针对利用金属薄壁结构轴向切削过程吸收能量的吸能装置,采用多元线性回归分析的方法,建立了吸能装置切削吸能过程的界面力稳定值、能量预测模型。采用方差分析的方法对该模型的回归方程和系数进行了显著性检验。研究了刀具前角、切屑圆... 详细信息

针对利用金属薄壁结构轴向切削过程吸收能量的吸能装置,采用多元线性回归分析的方法,建立了吸能装置切削吸能过程的界面力稳定值、能量预测模型。采用方差分析的方法对该模型的回归方程和系数进行了显著性检验。研究了刀具前角、切屑圆心角、切削深度和切削速度对切削式吸能过程的影响程度。研究结果表明,预测模型的回归方程是显著的,刀具前角和切屑圆心角对界面力稳定值的影响显著,切削深度和切削速度对界面力稳定值的影响不显著;刀具前角、切屑圆心角和切削深度对吸能的影响显著,切削速度对吸能的影响不显著。

关键词：轨道车辆轴向切削吸能装置回归分析预测模型方差分析