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机车车体耐碰撞结构设计与碰撞仿真研究

贾宇  
【摘要】:铁路运输承担着我国主要客、货运输任务,运行安全性是铁路运输的一个重要要求。碰撞事故会引起车辆结构的严重破坏和大量人员伤亡。因此国外已开始了机车车辆耐碰撞技术的研究,根据列车碰撞事故的调查结果、碰撞计算机仿真和碰撞试验制定了耐碰撞机车车辆在碰撞过程中的能量吸收标准,设计出耐碰撞机车车辆结构。为了提高我国机车车辆的耐碰撞性能,本文结合国内DF_(8B)型机车,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行碰撞仿真,设计了耐碰撞DF_(8B)机车车体结构。 为了提高计算机仿真精度和效率,本文首先从理论上对机车车辆碰撞过程计算机仿真所运用的基本力学方程、机车车辆结构的有限元离散和薄壳单元理论、显式积分算法、弹塑性材料的应力应变关系做了介绍。其次对机车车辆碰撞有限元模型的建立、单元划分和网格密度的控制、接触界面的定义、沙漏控制、质量缩放和子循环等进行探讨,找出了以上参数对计算机仿真效率与精度的影响。然后利用计算机仿真模拟薄壁结构的碰撞过程,找出了薄壁结构的横截面、壁厚和预变形等因素对吸能特性的影响,并对圆管的轴向撞击进行了理论分析,对方管和锥形管的轴向撞击进行了仿真分析。最后本文建立了原DF_(8B)机车车体正面碰撞刚性墙的仿真模型,在分析碰撞结果后,对原DF_(8B)机车车体的底架和司机室结构进行了改进;并利用薄壁圆管和锥形结构设计了吸能装置,利用凸凹相见的防爬板设计了防爬装置;对安装了吸能装置和做出结构改进的耐碰撞DF_(8B)机车以10m/s和15m/s速度正面撞击刚性墙进行仿真,结果表明碰撞时吸收装置先于车体主结构破坏,吸收碰撞能量,其吸能能力达到了国外有关标准的要求。底架和司机室的结构改进也明显减小了车体结构的破坏,保证了司机室具有足够的生存空间。


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