基于ANYSY/LS-DYNA的铁道车辆单车碰撞问题建模与仿真研究

摘要

高速运行的列车一旦发生碰撞事故，将会导致车体的破坏，从而引起乘客的伤亡和极大的财产损失，因此高速列车的被动安全性研究受到各国的重视。随着计算机技术的发展以及显式有限元技术的成熟，采用计算机数值方法进行高速碰撞仿真，研究高速列车大变形碰撞特性，进而对车辆结构碰撞特性进行优化，提高列车的被动安全防护技术有着非常现实而重要的意义。 本文主要利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA针对几种典型的列车碰撞情景进行了仿真与分析，并对乘客在碰撞时的响应，进行了简单情景下的二次碰掩仿真与分析。 首先，对200km/h铝合金列车车体进行了三维实体建模并使用Hyper Mesh软件进行了网格划分，通过对单元类型，材料模型、接触搜索算法的选择以及载荷的施加建立了车体的有限元模型。 其次，对单节车厢与固定刚性墙、可移动刚性墙进行了碰撞仿真。仿真结果分析表明，碰撞时间极短，变形集中在车体前部，车体主体的客室部分几乎不发生变形；碰撞过程中的绝大部分动能被车体前部的一小部分结构所吸收；车体前端加速度最大，从车体前端到后端，其加速度逐渐减小；针对碰撞后的爬车现象可能性进行了分析。 另外，通过列车在不同条件下的碰撞仿真，分析了不同初速度，不同材料参数对碰撞结果的影响，发现碰撞速度越大车体塑性变形越剧烈，车体破坏越严重；材料的杨氏模量越大，车体碰撞时的塑性变形越小。 最后，利用标准假人模型在简单场景设置条件下进行二次碰撞仿真计算，并根据有关伤害指标分析比较了假人模型头部、胸部可能的伤害程度。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1引言

1.1课题的研究背景以及意义

1.2列车碰撞的事故分类及特点

1.3列车碰撞的研究现状及存在问题

1.3.1国外对列车碰撞的研究状况

1.3.2国内对列车碰撞的研究状况

1.3.3存在的问题

1.4课题主要的研究内容

2碰撞仿真的基本理论与方法

2.1碰撞仿真的理论基础

2.2列车结构的有限元离散化

2.3 ANYSY/LS-DYNA显式有限元理论与方法

2.3.1 LS-DYNA显式程序理论与方法

2.3.2质量缩放和子循环

2.3.3沙漏控制技术

3列车碰撞仿真模型的建立

3.1车体实体模型的建立

3.2单元类型的选择

3.3材料模型的选择

3.4网格的划分

3.5约束和载荷

3.6接触搜索算法及接触模型

4碰撞过程仿真及结果分析

4.1单节车厢与固定刚性墙的碰撞分析

4.1.1溃缩变形分析

4.1.2速度变化分析

4.1.3能量耗散分析

4.1.4碰撞后的爬车分析

4.2各种不同参数设置对碰撞结果的影响

4.2.1不同初速度对碰撞结果的影响

4.2.2不同材料模型参数对碰撞结果的影响

4.3单节车厢与可移动刚性墙的碰撞

5二次碰撞仿真与分析

5.1二次碰撞中的人的损伤机理

5.2用于二次碰撞仿真研究的安全法规

5.3假人模犁

5.3.1假人有限元模型的选择

5.3.2仿真场景设置及载荷的施加

5.4仿真结果与分析

5.4.1正而碰撞分析

5.4.2背面碰撞分析

5.4.3两种仿真场景的对比

6结论与展望

参考文献

作者简历