耐冲击地铁车辆吸能结构研究

摘要

随着交通运输事业的发展，在干线铁路大力发展的同时，城市轨道交通(地铁、轻轨等)也迎来了一轮新的发展高潮。而在发展轨道交通的过程中，轨道车辆的运行安全性一直是公众关注的焦点，以“以人为本”为设计理念的耐冲击车辆吸能结构的研究已成为新型列车车体的一个技术特征和发展趋势。 本文以地铁车辆为对象，研究了耐冲击车辆吸能结构的总体设计思路，将该地铁头车在撞击过程中的能量吸收过程设计为四级：第一级为车钩缓冲装置中的橡胶缓冲器，第二级为缓冲装置中的压溃变形管，第三级为车钩剪切螺栓，第四级为头车前端底架专用吸能结构和防爬器。同时对轨道车辆碰撞中涉及的非线性、大变形、大应变的动态响应问题基于的动态显式有限元理论进行了研究，并基于列车典型能量吸收装置的研究进行了地铁吸能结构的设计，以及研究了其防爬器的性能；对吸能部件进行了台车碰撞试验和数值计算及其结果对比分析，结果表明该吸能部件具有良好的力学特性和吸能效果；最后建立了该地铁头车耐冲击结构的非线性有限元模型，进行了各碰撞工况的数值仿真，在撞击过程中吸能部件从预期部位开始发生稳定有序的塑性变形，车体承载结构仅发生弹性变形，大部分冲击动能(超过80％)由吸能部件的塑性变形耗散掉，结果表明该车具有很好的耐冲击效果。本文的研究具有较强的理论意义和工程实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1本课题研究背景与意义

1.1.1工程背景

1.1.2本课题研究的意义

1.2国内外车辆碰撞研究现状

1.2.1国外车辆碰撞研究现状

1.2.2国内车辆碰撞研究现状

1.3车辆碰撞的研究方法

1.3.1车辆碰撞的计算机仿真分析法

1.3.2车辆碰撞的试验分析法

1.4本论文研究内容

第二章耐冲击地铁车辆

2.1耐冲击地铁车辆设计理念

2.2耐冲击地铁车辆吸能车体方案

2.3吸能车钩缓冲装置

2.4吸能结构特性

2.6 小结

第三章地铁吸能结构及防爬器研究

3.1显式非线性有限元理论基础

3.1.1显式非线性有限元方程的建立

3.1.2显式积分算法与时步控制

3.1.3显式动力薄壳单元

3.1.4材料本构关系模型

3.1.5接触-碰撞界面算法

3.2吸能结构研究

3.2.1方形薄壁结构研究

3.2.2地铁吸能结构研究

3.3防爬器研究

3.3.1防爬器介绍

3.3.2防爬器方案分析

3.4小结

第四章吸能结构撞击试验研究

4.1撞击试验目的及内容

4.1.1试验研究的目的

4.1.2试验研究的内容

4.2试验装置及试验模型

4.2.1试验装置简介

4.2.2试验模型及要求

4.3试验工况及结果分析

4.3.1铝合金圆管试件撞击试验

4.3.2吸能结构试件撞击试验

4.4试验与数值结果比较

4.4.1铝合金圆管试件撞击的数值分析

4.4.2吸能结构试件撞击的数值分析

4.4.3试验与数值结果比较

4.5 小结

第五章耐冲击地铁整车碰撞研究

5.1整车碰撞计算模型的建立

5.1.1整车有限元模型网格密度的控制

5.1.2接触类型的定义

5.1.3单元积分选取与沙漏控制

5.2整车的碰撞数值分析

5.2.1整车车体与刚性墙的碰撞分析

5.2.2两车对撞的仿真分析

5.3 小结

第六章总结

6.1本文的研究工作总结

6.2建议和展望

参考文献

致谢

硕士研究生期间参加的科研项目及发表的论文情况