车辆吸能部件的碰撞试验与数值仿真

为了设计某列车耐撞性车体,实现列车被动安全保护,进行了台车碰撞试验和数值仿真计算,研究了耐撞性车体吸能部件的吸能特性。在台车撞击试验过程中,吸能部件从预期部位开始发生稳定有序的塑性变形,吸收的冲击动能与最大变形量基本成正比关系,说明该部件具有良好的吸能效果。并在此基础上,应用显式动力有限元理论建立了其有限元撞击模型,进行了数值仿真计算。相关性分析结果表明:仿真结果与试验结果基本一致,在整个撞击过程中,撞击力曲线基本吻合,最大撞击力峰值分别为2486·3、2423·1kN,最大变形量误差和初始撞击力峰值误差都小于3%,反弹速度误差小于4%。显然,利用撞击试验验证了数值计算的有效性和可靠性,利用数值计算设计和优化车辆吸能部件是可行的。     

显式有限元法在车辆耐撞性研究中的应用

基于连续介质理论，通过建立车辆碰撞的控制方程，在此基础上得到与控制方程和边界条件等效的“弱积分”形式。通过空间和时间的显式离散，得到了车辆碰撞的有限元方程。采用动力显式积分方法，使位移计算显式化，避免了由材料、几何、边界高度非线性因素引起的计算收敛问题，并讨论了薄板单元的Courant稳定性条件。提出了“端部吸能结构纵向压缩变形、纵向吸能”的耐冲击结构设计的思路，并对算例进行了数值模拟。结果表明，该设计方法可以实现车辆结构自身被动安全保护的目的，显式有限元数值模拟方法是车辆耐撞性研究的有效方法之一，但是需要进行部分撞击试验，进一步修正模型后提高其分析精度。     

轨道车辆新型车端专用吸能装置

为了提高轨道车辆的耐碰撞性,利用金属薄壁结构轴向切削和压缩过程吸收能量的原理,设计了一种新型车辆端部专用吸能装置;采用显式有限元软件LS-DYNA建立了吸能装置吸能过程的等效三维有限元模型,并对吸能过程进行数值模拟;分析了切削深度、刀具前角和切屑圆心角等参数对吸能装置吸能性能的影响.研究结果表明,新型吸能装置吸收的能量、界面力与切削深度、切屑圆心角成正比,与刀具前角成反比,受切削深度的影响较小;新型吸能装置的冲程效率可达100%,压缩力效率和总效率可达70%以上,高于现有吸能装置.      

防爬吸能装置的碰撞动力学性能

为了研究列车碰撞时爬车失稳响应的影响因素,建立了一种考虑防爬装置间动态耦合关系的防爬吸能装置二维碰撞动力学模型,提出了一种针对防爬齿接触的几何搜索算法, 讨论了基于能量守恒定律的吸能装置纵向阻抗力的获取方法,导出了考虑塑性大变形和动态因素影响的防爬吸能装置阻抗力/力矩表达式.在此基础上,利用编制的计算程序对该装置的动力学性能进行了算例分析.分析结果表明:两防爬齿间的啮合程度与防爬齿本身绝对最大转动角度和防爬齿间的相对最大转动角度密切相关;减小吸能装置的纵向阻抗力和吸能长度,以及增加防爬装置的弯曲刚度均能减小防爬齿的绝对最大转动角度;防爬齿的相对最大转动角度随吸能长度的增加而增加,随防爬装置弯曲刚度的增加呈现先增加后减小的趋势,但与防爬吸能装置纵向阻抗力的变化关系不明显;该计算方法比传统有限元方法在计算时间方面缩短了10%.      

锥台点阵吸能装置在整车碰撞中的建模研究

点阵吸能装置在以壳单元建模时,碰撞仿真求解时间步较短,不适用于车体耐撞性设计的快速碰撞仿真.针对这个问题,提出以实体单元近似的建模方法.以T向压缩典型的点阵块体为考察条件,对比壳单元和实体单元压溃仿真的压缩力-位移曲线结果,通过讨论实体单元建模的网格尺寸效应,获得了具备足够精度和求解效率的点阵吸能装置实体单元等效模型.最后以某城轨车车体碰撞仿真为载体,观察点阵吸能装置实体单元建模的效果.结果表明,该建模方法能够在整车碰撞仿真中显著提高求解效率.     

基于RCAR试验的电动SUV低速保险杠耐撞性研究

为研究某款纯电动SUV保险杠在低速正面碰撞工况下的耐撞指标,提高其耐撞性能。首先依据RCAR保险杠低速碰撞试验及评价方法,建立某纯电动SUV正面全宽低速保险杠碰撞有限元模型;其次,从防撞梁、吸能盒的吸能和变形以及车体损坏情况等对仿真结果进行分析。结果表明,模型防撞梁强度不足,导致吸能盒未发挥低速吸能效果,风扇受到挤压。最后从防撞梁截面型式、材料,厚度3个影响防撞梁强度的因素出发,提出3种优化改进方案。研究表明,方案3防撞梁低速碰撞耐撞性最好,在满足轻量化要求的同时满足了RCAR测试的要求。     

基于数值模拟的薄壁构件碰撞性能研究及焊接影响

利用ANSYS/LS-DYNA的显式有限元方法对4种典型车用薄壁构件进行正碰碰撞仿真,根据所得的变形模式、冲击力、速度等一系列特性参数,分析了其吸能规律,比较了不同构件耐碰撞性能的优劣,为车辆耐碰撞性能的设计奠定了理论基础。同时对焊点的仿真进行了讨论,分析了连接失效对碰撞性能的影响。     

地铁列车车钩系统能量配置特性研究与优化

为研究地铁列车在碰撞过程中的能量分配特性,以某6辆编组的地铁列车为平台,依据车钩缓冲装置和防爬器的吸能特性,进行列车纵向动力学仿真计算,结果显示:在列车碰撞的过程中,各个界面的吸能情况并不均衡.对此,对比了车钩系统在不同配置条件下的吸能特性,寻找列车碰撞过程中各界面的吸能规律,并进行一定的参数优化,使列车在满足车辆连挂和低速碰撞的要求条件下,可最大化地利用各界面的吸能容量,其配置结果对列车碰撞能量管理和车体结构强度的设计都有一定的指导价值.     

适用北美地铁车辆碰撞吸能区设计的试验研究

采用北美地铁车辆碰撞设计标准,研究车辆碰撞时能量吸收区的工作机理和能量分配数据.首先,归纳吸能区设计、计算和试验的基本技术路线;其次,建立了车辆吸能区碰撞计算的有限元模型,依据ASME RT-2:2014标准中提到的车辆碰撞速度和车辆状态条件,分析得出了吸能区碰撞过程的速度、加速度等的分布规律;最后,采用实际碰撞试验的方法验证吸能区的实际加速度数值,对比与计算模型的一致性.通过设计计算和试验研究,得出碰撞吸能区可满足美国地铁车辆标准的结论,可以进行产品的生产应用.     

货车尾部护栏缓撞性能的研究

货车尾部护栏缓撞性能的优劣直接影响到其发生追尾碰撞的其它车辆损坏和乘员伤亡的严重程度。用三维动态非线有限元方法模拟计算了护栏横梁的碰撞0过程,并进行了试验研究,在此基础上进一步改善槽形截面横梁的缓撞性能,在其碰撞表面加装了简系吸能装置,计算和试验结果表明,该装置能够明显降低低与之碰撞的台车的减速度。     

汽车40%偏置碰撞抗撞性改进设计

建立并验证了偏置变形壁障块模型、某轿车全宽碰撞模型的有效性,按照ECE R94.01法规建立该轿车的40%偏置碰撞有限元模型,利用有限元方法对该轿车进行40%偏置碰撞抗撞性仿真分析,确定该轿车40%偏置碰撞抗撞性改进方向。按照改进方向对轿车进行3个方面的抗撞性改进设计,通过比较分析,在一定程度上改善了该轿车的40%偏置碰撞抗撞性能。     

基于虚拟试验的汽车40％偏置碰撞抗撞性分析

建立并验证了偏置变形壁障块模型、某轿车全宽碰撞模型的有效性,按照欧洲ECE R94.01法规建立该轿车的40％偏置碰撞有限元模型,基于虚拟试验技术对该轿车进行40％偏置碰撞抗撞性分析,确定该轿车40％偏置碰撞抗撞性改进方向和改进对策。     

结构与速度参数对复合夹层板冲击性能的影响分析

文章运用有限元数值仿真技术,从碰撞力、吸能等耐撞性角度出发,分析了复合夹层板结构尺寸参数以及速度参数对冲击性能的影响,对复合夹层板的船体耐撞结构设计具有一定的指导作用。     

材料特性对转向柱碰撞性能影响的仿真研究

针对驾驶员容易在汽车正面碰撞过程中受到转向系统伤害的问题,以微型轿车的转向柱为研究对象,运用显式动力学有限元理论,建立了转向柱碰撞有限元模型;根据方向盘的碰撞要求,对材料分别为低碳钢、铝合金和高强度钢的转向柱的碰撞性能进行了研究;对比分析了转向柱的变形形态、运动位移、速度和吸能量。结果表明:铝合金和高强度钢在碰撞过程中的变形形态、变形量、碰撞时间以及吸能能力等方面均优于低碳钢,说明通过提高材料强度的方式改善转向柱的碰撞性能是可行的。研究成果为汽车转向柱的设计和碰撞性能的提高提供了依据。     

某越野车车架耐撞性仿真分析

依据C-NCAP中100%重叠正面冲击固定刚性壁障试验规定,应用HyperWorks软件建立某越野车车架正面碰撞仿真计算模型,并应用ANSYS/LS-DYNA软件进行求解计算。在此基础上,对某越野车车架进行耐撞性仿真研究,并从车架碰撞变形、碰撞加速度和碰撞速度等方面对仿真结果进行分析。结果表明,车架前部纵梁发生理想的纵向有序的褶皱变形,车架类S型梁的拐角部分发生弯曲变形,且碰撞加速度曲线和碰撞速度曲线并非理想,说明车架结构有改进空间。     

铝合金车体前端结构抗撞性优化设计

为提高列车在碰撞事故中的耐撞性能并保证乘客的安全.以铝合金车体为研究对象,应用碰撞仿真软件PAM-CRASH对客车铝合金车体进行大变形碰撞仿真,并在此基础上利用多学科优化软件iSIGHT对车体前端吸能结构的进行优化,得出在碰撞过程中车体结构的变形模式以及车内乘客身体的受力和加速度情况,并对车体前端吸能结构进行最优化设计,满足轻量化要求,从而实现车辆的被动安全保护和耐撞性优化设计.     

组合式桥梁护栏防撞性能仿真与试验

为了提高特大型桥梁的道路行车安全性,通过理论计算与形式调查,确定了一种组合式护栏的基本结构形式,采用基于有限元理论的计算机仿真方法对护栏结构进行了多次优化设计,并通过实车足尺护栏碰撞试验验证了最终优化结构的防护性能。研究结果表明:该组合式护栏的结构能有效防护失控车辆的碰撞,防护能量可达到420 kJ以上,达到中国规范要求的SA级;试验证明采用计算机仿真方法获取的数据可靠有效。