铝合金地铁车体静动态分析及碰撞仿真研究

摘要

地铁车体的耐碰撞结构设计是随着城市轨道交通的迅猛发展，以及人们交通安全意识的日益增强而倍受关注的一个新课题。本文首先阐述了国外在铁道车辆抗撞击结构设计方面的成功经验，介绍了列车抗撞击结构设计标准以及设计基本思想。其次建立了地铁车体有限元模型，针对车体设计中的强度、刚度等考核工况的要求，进行了车体静、动态计算分析。然后对基本的能量吸收元件圆管进行了轴向碰撞性能研究，并研究了不同能量吸收装置的特性。最后对司机室头车的碰撞性能进行了有限元仿真分析，对司机室的结构设计提出了相应改进方案。本文的研究结果表明，采用数值模拟方法进行车辆的碰撞性能仿真分析可获得较可靠的轨道车辆耐碰撞结构设计，从而有效地保护乘客在撞击事故中的生命安全。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3国内外车体耐碰撞技术研究状况

1.4本文研究的内容

第二章铝合金地铁车体结构动力学建模

2.1铝合金地铁车体简介

2.2铝合金地铁车体有限元建模概述

2.2.1选取单元的种类

2.2.2单元的尺寸

2.2.3单元的形状质量

2.2.4 CAD模型的简化

2.2.5联接方式的模拟

2.3铝合金地铁车体结构CAD模型

2.4铝合金地铁车体结构动力学建模

2.4.1单元种类的选用

2.4.2有限元模型简化

2.4.3对焊接模拟的研究

2.4.4建立车体有限元模型

2.5小结

第三章铝合金地铁车体静动态分析

3.1车体静力学计算分析

3.1.1车体静力学计算模型

3.1.2静力学计算工况的设定

3.1.3静力学计算结果分析

3.2地铁车体模态分析

3.2.1模态分析理论基础

3.2.1模态分析计算结果

3.3小结

第四章地铁车体结构的耐碰撞性设计

4.1总体思路

4.2地铁车体结构耐碰撞设计应满足的性能

4.3车体结构设计方法

4.3.1传统列车结构设计方法

4.3.2地铁车体耐碰撞性的设计方法

4.4典型能量吸收装置

4.4.1车钩缓冲装置

4.4.2防爬器

4.5车钩变形管碰撞仿真研究

4.6小结

第五章铝合金地铁车体耐碰撞结构研究

5.1虚拟碰撞仿真算法原理

5.1.1车体结构碰撞非线性本质及控制方程

5.1.2车体结构碰撞控制方程的离散及求解

5.2仿真的几个技术问题

5.2.1沙漏现象及对策

5.2.2时间积分和时步控制

5.2.3接触—碰撞界面算法及对策

5.3薄壁圆管轴向碰撞仿真研究

5.3.1受轴向压力作用的圆管的破坏形式

5.3.2金属圆管几何尺度及碰撞冲击速度对能量吸收的影响

5.4铝合金地铁车体司机室的碰撞研究

5.4.1铝合金地铁车体司机室结构

5.4.2铝合金地铁车体的碰撞动力学方程

5.4.3铝合金地铁车体司机室的碰撞性能研究

5.5司机室结构改进方案

5.6改进设计方案的静强度校核

5.7地铁整车的碰撞仿真分析

5.8小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

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