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铝合金车体碰撞仿真及车体前端结构抗撞性优化设计

刘婷婷  
【摘要】:目前,铁路进入崭新的发展时期,随着列车的全面提速,列车碰撞安全性成为现代列车研究的最关键内容之一,如何提高列车在碰撞事故中的耐撞性能是列车安全性能设计中的核心问题之一。本文以某铝合金车体为载体,应用碰撞仿真软件PAM-CRASH进行大变形碰撞仿真,以该车体在碰撞过程中的车体结构的塑性变形、撞击力和加速度情况为基准评估列车的安全性;在此基础上,采用多学科优化软件iSIGHT对列车前端吸能结构进行单目标优化和多目标优化,以开发出一条应用有限元仿真软件完成列车轻量化设计的路线。 首先,介绍了进行铝合金车体耐撞性仿真分析所采用的理论和关键性技术,其主要包括基本力学方程、有限元理论、显示积分算法和材料、接触非线性等算法等方面;然后又简要介绍了应用软件。 其次,根据该铝合金列车车体的结构特点,建立适用于高度非线性碰撞的列车有限元模型,基于EN15227:2008标准,分别从头车撞击可变形障碍物、两头车对撞、八节列车撞击可变形障碍物和两列八节连挂列车对撞四个工况进行碰撞模拟仿真,根据碰撞仿真结果,分析车体主要部件的塑性变形、车体吸能效果、车体撞击力、撞击作用时间以及各车体各部分的速度、加速度等一系列参数的变化规律,以评价该车体的耐撞性,并提出改进方案。 再次,为了准确分析司机和乘客在车体碰撞过程时的响应,在车体模型中引入假人模型,通过数值仿真,基于欧洲标准(ECE和EEC)和美国联邦机动车安全法规(FMVSS),从假人的变形模式、所受撞击力和加速度的大小三个方面分析假人的受伤程度,然后提出在碰撞过程中造成假人受伤的关键因素,为司乘人员的安全设计提供理论依据。 最后,在上述仿真分析的基础上,集成PAM-CRASH与多学科协同优化软件iSIGHT,基于适当的优化算法,在保证司乘人员安全的前提下,确定合理的车体前端吸能部件的结构参数,以达到车体质量最小化、吸能最大化的目标。


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