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基于Sobol’法的轨道车辆前端吸能结构灵敏度分析

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铁道学报 2020年第3期42卷 63-68页

作者：陈秉智汪驹畅大连交通大学机车车辆工程学院辽宁大连116028 中车青岛四方机车车辆股份有限公司转向架分厂山东青岛266111

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... 详细信息

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。

关键词：轨道车辆吸能结构灵敏度 Sobol’法 Kriging模型结构优化

材料应变率效应对2类吸能结构碰撞性能的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2018年第10期49卷 2625-2635页

作者：冯悦肖守讷朱涛杨冰杨皓杰西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

轨道车辆吸能结构变形时伴随着明显的应变率效应,为了研究材料应变率效应对碰撞仿真结果的影响,以应变率敏感材料Q235为研究对象,首先,通过实验数据对比和理论解对比2种方法,证明考虑应变率效应的Q235材料模型的可靠性;然后,研究材料应... 详细信息

轨道车辆吸能结构变形时伴随着明显的应变率效应,为了研究材料应变率效应对碰撞仿真结果的影响,以应变率敏感材料Q235为研究对象,首先,通过实验数据对比和理论解对比2种方法,证明考虑应变率效应的Q235材料模型的可靠性;然后,研究材料应变率效应对挤压式和压溃式圆锥管吸能结构碰撞载荷与吸能、变形模式等耐撞性能的影响;在此基础上,提出2种受材料应变率效应的影响不明显、变形有序可控的诱导式吸能结构。研究结果表明:对于不同结构,材料应变率效应影响因子不同,考虑材料应变率强化效应的挤压式吸能结构碰撞力放大因子比压溃式圆锥管结构的大;对于不同结构,材料应变率效应影响因子随速度变化的幅度不同,挤压式吸能结构的应变率效应放大因子随速度变化幅度比压溃式的小;材料应变率效应对第二类吸能结构的变形模式影响显著,应变率强化效应减少了应变率较大的变形,增加或促进了应变率较小的变形;诱导式吸能结构的变形模式受材料应变率效应的影响不明显,变形有序可控,在工程设计中可考虑采用诱导结构,以减少材料应变率效应对结构变形模式的影响。

关键词：轨道车辆碰撞性能吸能结构应变率效应

开孔多管组合式吸能结构轴向压缩力学性能研究

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振动与冲击 2023年第15期42卷 250-259页

作者：谢素超杨广辉周辉中南大学轨道交通安全教育部重点实验室长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心长沙410075 中南林业科技大学物流与交通学院长沙410004

吸能装置发生碰撞时撞击力曲线波动较大,存在撞击力不能被平缓耗散的问题。通过准静态压缩试验及有限元仿真模型,从开孔层数、每层开孔数和开孔尺寸对轴向载荷作用下的开孔方管的力学特性进行研究,发现改变开孔中心距可以使得方管轴向... 详细信息

吸能装置发生碰撞时撞击力曲线波动较大,存在撞击力不能被平缓耗散的问题。通过准静态压缩试验及有限元仿真模型,从开孔层数、每层开孔数和开孔尺寸对轴向载荷作用下的开孔方管的力学特性进行研究,发现改变开孔中心距可以使得方管轴向压缩的载荷-位移曲线相位发生分离。在此基础上进行了开孔多管组合研究,结果表明将无开孔方管和不同开孔中心距的开孔方管进行组合,可以有效缓解载荷波动,减小峰值载荷。最终得到了吸能特性良好、载荷-位移曲线平缓的开孔多管组合吸能结构,与传统的无孔组合式吸能结构相比,该结构的压缩力效率增加到48.36%,初始峰值力载荷和载荷波动分别降低了10.28%和33.33%。

关键词：吸能结构开孔管多管组合有限元法

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民机客舱下部吸能结构分析与试验相关性研究

航空学报 2012年第12期33卷 2202-2210页

作者：刘小川周苏枫马君峰孙侠生牟让科西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国飞机强度研究所陕西西安710065

以民机典型机身段客舱下部结构为研究对象,建立了结构坠撞有限元模型,利用LS-Dyna软件进行了结构能量吸收特性分析。基于吸能结构思想,以降低传递到客舱地板的加速度载荷为设计目标,提出了一种民用飞机客舱地板下部结构吸能设计方法。... 详细信息

以民机典型机身段客舱下部结构为研究对象,建立了结构坠撞有限元模型,利用LS-Dyna软件进行了结构能量吸收特性分析。基于吸能结构思想,以降低传递到客舱地板的加速度载荷为设计目标,提出了一种民用飞机客舱地板下部结构吸能设计方法。设计制造了全尺寸的吸能结构试件,并进行了垂直坠撞试验。为评估坠撞分析与试验的相关性,提出了一种基于能量的能量吸收特性评估方法。首先对预试验分析结果与试验结果进行了相关性分析,根据相关性分析结果对分析模型进行了修正。修正后坠撞分析结果与试验结果的相关性表明,乘员质心处的平均加速度响应峰值误差为16.44%,最大平均反弹速度误差为10.53%,修正后模型的总体刚度与实际结构一致,分析获得的结构总体变形模式与试验结果基本一致。但能量吸收时间和加速度峰值出现的时间与试验结果相比误差较大,表明结构连接失效等结构建模细节对计算结果有显著的影响。

关键词：民用飞机吸能设计吸能结构坠撞试验适坠性

考虑材料变形路径及应变率的车身前端吸能结构优化

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汽车工程 2013年第3期35卷 265-271页

作者：王金轮兰凤崇陈吉清华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

为了研究不同厚度及强度的高强度钢板对车辆正面碰撞性能的影响,以车身前端主要吸能结构的比吸能最大化为目标,构件的材料和厚度为设计变量,并考虑材料的变形路径和应变率效应,通过试验设计、近似模型与自适应响应面法相结合进行优化,... 详细信息

为了研究不同厚度及强度的高强度钢板对车辆正面碰撞性能的影响,以车身前端主要吸能结构的比吸能最大化为目标,构件的材料和厚度为设计变量,并考虑材料的变形路径和应变率效应,通过试验设计、近似模型与自适应响应面法相结合进行优化,得到了高强度钢板最优的匹配方案。优化后降低了车辆加速度和制动踏板侵入量等乘员伤害指标,提高了车体结构的耐撞性。本研究同时验证了基于自适应响应面法进行优化的可行性。

关键词： 100%正面碰撞自适应响应面法高强度钢板吸能结构优化

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带方锥式吸能结构单节列车碰撞力学行为

中南大学学报（自然科学版） 2022年第5期53卷 1889-1903页

作者：许平瞿成举姚曙光阳程星车全伟中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

为了研究不同性能方锥式吸能结构对单节列车碰撞力学行为的影响,提出快速变换吸能结构性能的参数化方法,通过改变吸能结构力-位移曲线,研究吸能结构初始峰值力、平台力和平台力斜率变化对列车碰撞力学行为的影响规律,最后通过响应面法... 详细信息

为了研究不同性能方锥式吸能结构对单节列车碰撞力学行为的影响,提出快速变换吸能结构性能的参数化方法,通过改变吸能结构力-位移曲线,研究吸能结构初始峰值力、平台力和平台力斜率变化对列车碰撞力学行为的影响规律,最后通过响应面法建立了吸能结构与单节列车的碰撞力学行为关联模型。研究结果表明:随着吸能结构峰值力和平台力增加,车体碰撞吸能量和车体碰撞纵向合力增大,车体质心纵向、垂向位移和转向架轮对中心B1和B2抬升量逐渐减小,质心横向位移和转向架轮对中心B2~B8抬升量基本不变;随着吸能结构平台力斜率增加,车体碰撞吸能量和纵向碰撞合力增大,车体质心纵向位移和垂向位移减小,质心横向位移和转向架轮对中心B1~B8抬升量基本不变;关联模型在一定程度上可以指导吸能结构的设计和预测列车变形姿态。

关键词：吸能结构参数化方法力学行为关联模型

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水下接触爆炸下舷侧防雷舱吸能结构形式试验研究

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兵工学报 2022年第6期43卷 1395-1406页

作者：柴崧淋侯海量金键李典李永清海军工程大学舰船与海洋学院湖北武汉430033 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

为探究夹芯结构在水下舷侧防雷舱中应用的可行性,比较了不同结构形式防雷舱的变形吸能特性。设计了4种不同吸能结构形式的防雷舱,并分别开展了300 g TNT水下接触爆炸毁伤试验。通过对比分析防雷舱内部舱壁板的变形破坏情况发现:以液舱... 详细信息

为探究夹芯结构在水下舷侧防雷舱中应用的可行性,比较了不同结构形式防雷舱的变形吸能特性。设计了4种不同吸能结构形式的防雷舱,并分别开展了300 g TNT水下接触爆炸毁伤试验。通过对比分析防雷舱内部舱壁板的变形破坏情况发现:以液舱内壁柔性大变形进行吸能的结构形式,边界必须有强支撑结构,支撑不足时难以发挥薄膜拉伸吸能效果;利用液舱内壁-弧形板-吸能舱内壁整体变形吸能的吸能舱夹芯结构形式,弧形板在为液舱内壁提供有力支撑的同时还可随液舱内壁共同变形吸能,有效提高防雷舱的防护能力;进一步在弧形板间添加泡沫铝,未能取得更好的防护效果;弧形板前移至液舱的夹芯结构形式,弧形板的设置导致水中能量未能充分耗散至整个液舱,能量的汇聚致使内部舱室产生了更严重的破坏。

关键词：舷侧防雷舱吸能结构水下接触爆炸夹芯结构防护性能

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触发机制对复合材料吸能结构轴向压溃行为的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第5期53卷 1804-1812页

作者：陈东东肖守讷阳光武杨冰朱涛王明猛邓永权西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

考虑碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymers,CFRP)层内和层间力学性能特点,建立CFRP圆管轴向压溃有限元模型,并与实验测试的载荷-位移曲线和失效模式对比,验证建模方法的可靠性。在此基础上,考虑机车车辆薄壁吸能装置结... 详细信息

考虑碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymers,CFRP)层内和层间力学性能特点,建立CFRP圆管轴向压溃有限元模型,并与实验测试的载荷-位移曲线和失效模式对比,验证建模方法的可靠性。在此基础上,考虑机车车辆薄壁吸能装置结构特点,研究内翻触发、外翻触发、嵌入式内翻触发和嵌入式外翻触发机制对CFRP圆管轴向压溃行为的影响。研究结果表明:相比倒角触发机制,在内翻和外翻触发机制作用下,管壁材料破坏不充分导致CFRP圆管能量吸收分别下降36.5%和43.4%。嵌入式触发机制可有效提高材料利用率,内腔尺寸参数L与CFRP圆管失效模式和能量吸收性能密切相关。L由8 mm增大为16 mm,圆管压溃变形过程得到改善,结构能量吸收先上升后下降。在嵌入式内翻机制作用下,L=12 mm时CFRP圆管能量吸收效果最好,相比倒角触发机制,能量吸收提升63.1%。管壁材料向内变形可进一步提高材料利用率。

关键词：轨道车辆碳纤维增强复合材料吸能结构触发机制耐撞性

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圆柱销-凹槽挤压式吸能结构的吸能特性和数值仿真研究

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铁道科学与工程学报 2024年第8期21卷 3298-3309页

作者：李飞肖毅华华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室江西南昌330013 华东交通大学轨道交通基础设施性能检测与保障国家重点实验室江西南昌330013

防爬器是列车被动安全防护系统中的重要组成部分,在列车碰撞过程中吸收碰撞能量,减少对车体的损伤,保护乘员的安全。吸能结构是防爬器中的关键部分,不仅要能提供足够的缓冲力,而且要使缓冲力具有良好的平稳性,并具有较好的抗偏载能力。... 详细信息

防爬器是列车被动安全防护系统中的重要组成部分,在列车碰撞过程中吸收碰撞能量,减少对车体的损伤,保护乘员的安全。吸能结构是防爬器中的关键部分,不仅要能提供足够的缓冲力,而且要使缓冲力具有良好的平稳性,并具有较好的抗偏载能力。为探讨一种圆柱销-凹槽挤压式吸能结构的吸能特性,设计一组由相同直径的圆柱销和不同槽宽的凹槽组成的挤压式吸能结构,基于万能材料试验机对其开展准静态下的吸能特性测试,获得吸能结构的缓冲力变化曲线。实验结果表明:该吸能结构的缓冲力变化平稳,经过较短的挤压行程即能达到稳定状态;随着槽宽减小,挤压量增加,稳态缓冲力增大;但槽宽过小时,会造成凹槽侧壁从根部发生断裂,使得稳态缓冲力反而降低。同时,建立该挤压吸能结构的吸能特性有限元仿真模型,对其挤压吸能过程进行仿真。仿真结果与实验结果符合度良好,较好再现了缓冲力的变化规律以及槽宽对缓冲力的影响。基于仿真模型,研究凹槽壁厚、圆柱销偏移等因素对该吸能结构吸能特性的影响。结果表明:随着壁厚增加,稳态缓冲力增大,但稳态力的增加幅度逐渐减小;随着圆柱销偏移位移增加,稳态缓冲力逐渐减小,缓冲力曲线波动更剧烈。

关键词：列车碰撞吸能结构挤压试验缓冲力数值模拟