机车车体非正面碰撞吸能装置仿真研究

针对车辆的碰撞事故,需设计安全的吸能装置。吸能装置是提高机车车体耐碰撞性能的关键部件,为保证运行车辆安全,建立耐碰撞车辆数学模型,进行碰撞仿真分析,确保车体具有良好碰撞性能。利用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,分析了薄壁结构吸能装置对其碰撞性能的影响,找出了薄壁结构在非正面碰撞时的规律。对安装了由薄壁结构组成的吸能装置的某型机车车体进行了非正面碰撞仿真,仿真结果得到机车车体碰撞过程的能量—时间历程,表明结构吸能装置具有良好的吸能作用。     

基于耐撞性的前纵梁截面优化设计

前纵梁是偏置碰撞测试中重要的吸能部件之一。本文对前纵梁截面形状进行了优化设计,以提高前纵梁的耐撞性。根据前纵梁截面尺寸参数得到设计变量,构建响应面模型,利用遗传算法计算得到优化结果。将优化所得的截面尺寸应用于某三厢轿车40%偏置碰撞分析中,结果表明,前纵梁耐撞性显著提高,碰撞侧B柱加速度峰值有效降低,整车被动安全性能得到提升。     

基于材料与结构一体化的车辆吸能结构碰撞仿真

从车辆耐撞结构和吸能材料两方面入手,基于材料与结构一体化思想,利用数值仿真技术研究某高速动车被动安全性问题.设计5种适用于高速动车的吸能结构,分别为普通双层吸能管结构,3种端部带有不同薄弱环节的双层吸能管结构和泡沫铝材料夹心双层吸能管结构;利用PAMCRASH软件,分别将5种不同吸能结构安装到整车上进行相同编组对撞试验仿真;针对碰撞仿真结果评价车辆的整体被动安全性,并通过各工况结果的对比分析找出最优吸能装置.结果表明:泡沫铝夹心吸能装置在加速度和逃生空间评价指标中表现最好,在以后的吸能结构设计中可适当采用.     

参数化列车碰撞平台的动力学建模与仿真

轨道车辆的设计过程中,有限元碰撞仿真方法建模复杂、修改周期长.为快速计算准确的列车碰撞响应,基于车辆-轨道耦合动力学理论,使用Matlab程序语言,建立参数化列车碰撞平台.根据实际参数,将车辆实体模型转化为数学模型,将连续轨道模型离散为弹性点支承模型;基于Hertz接触理论,使用向量法建立轮轨相互作用模型;将车钩缓冲装置、吸能防爬装置和悬挂装置的力学特性转化为非线性迟滞特性数学模型;采用修正双步长显式积分算法对参数化模型进行时域求解.将有限元仿真结果与参数化仿真结果在速度、加速度以及最大轮对抬升量方面进行对比,结果表明,两种模型的速度变化趋势相同,加速度绝对误差小于1m/s2,轮对抬升量峰值相对误差1.67％,各项指标的相对误差保持在10％以内,对参数化列车碰撞平台的准确性进行了验证.研究结果为揭示列车碰撞后的响应机理建立了仿真基础,为轨道车辆的耐撞性设计中参数的选定提供了一定的理论支撑.     

地铁车辆耐撞性分析及多级能量吸收系统的验证

为研究地铁头车的耐撞性及其多级能量吸收系统设计的合理性,建立能够反映真实情况的头车用半自动车钩及其剪切装置模型.利用PAMCRASH软件,参考EN 15227标准,设定模拟运营工况,计算头车与刚性墙撞击工况,得到该车吸能结构的变形模式和最大吸能量;然后计算两头车对撞工况,从逃生空间、撞击力和加速度等方面评价车体的耐撞击性.计算结果表明该地铁头车耐撞击性能良好,多级能量吸收系统设计合理.     

不同轴截面薄壁筒在轴向冲击下吸能特性研究

针对目前飞行器坠撞安全性问题研究,要减缓碰撞时的冲击载荷和耗散能量,以薄壁筒结构为研究对象,采用非线性有限元理论建立计算模型,采用显式动力学算法进行数值仿真。利用非线性有限元软件ABAQUS仿真了不同轴截面的薄壁筒在受轴向冲击下的变形,通过比较四种薄壁筒在受轴向冲击下的压溃力峰值、平均压溃力及比吸能研究其吸能特性,并与相关的理论解进行了对比。结果表明：冲击动能相同条件下,无论从比吸能方面还是从压溃力峰值方面来考虑,轴截面为梯形的薄壁筒的吸能特性优于轴截面为矩形的薄壁筒;从乘员的安全角度考虑圆台做吸能结构吸能是方台的1.5倍,而压溃力峰值只有方台的75.3%。     

基于显式有限元技术的梁截面抗撞性优化

本文基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,以提高吸能原件的抗撞性为目的,对正方形截面的金属薄壁梁进行了形状优化．经过数值分析,得出了正方形截面梁的比吸能关于壁厚和截面边长的变化规律,这些规律可以用于实际吸能原件的设计,并为进一步研究奠定了基础．     

运用MSC Dytran分析轨道车辆结构的被动安全性能

为满足城市轨道车辆的被动安全设计的要求,运用MSC Dytran软件对某城市轨道车辆头车的耐碰撞性能进行仿真,经过改进设计得到满足车辆运用要求的吸能结构,分析结果表明车辆耐碰撞设计思路是可行的.     

X形夹芯激光焊接夹层板碰撞性能分析

基于传统加筋板架设计出一种新的能量吸收单元——X形夹层板,用Dytran分析X形夹层板在低速冲击载荷作用下的碰撞损伤特性;通过分析结构的极限撞深、碰撞力及能量吸收等结果,与传统加筋板进行比较分析,评估夹层板的耐撞性能;同时分析不同结构型式和结构尺寸参数(蒙皮板厚度、夹芯层壁厚、夹芯层高度及夹芯层的夹角等)对夹层板结构耐撞性能的影响.     

高速轨道列车防撞箱耐撞击特性仿真与优化

为了提高高速轨道列车的安全性,为其头车的主要吸能装置——防撞箱设计较为理想的结构,采用MSC Patran建立防撞箱的有限元分析模型,运用MSC Dytran仿真其耐撞击特性.通过比较分析仿真结果,对防撞箱设计方案予以多次改进,得到综合性能较为理想的方案.     

不同复合材料蒙皮机身段的适坠性研究

基于典型客机机身结构建立了三框两跨机身段有限元模型,模拟了金属蒙皮机身段和复合材料蒙皮机身段的坠撞过程,分析了机身结构变形、加速度响应、能量变化趋势和各结构吸能特征,研究了蒙皮对机身段适坠性的影响。结果表明,抗剪切能力较差的复合材料蒙皮会导致结构破坏不够充分引发较大的坠撞加速度进而对乘员安全造成威胁。复合材料蒙皮刚度较大会导致"三角区域"产生加速度过载。蒙皮作为飞机坠撞时的重要吸能结构之一,不仅会影响自身的吸能特性,还会显著影响各个结构的吸能特性和整个机身段的适坠性。     

Structural design and global sensitivity analysis of the composite B-pillar with ply drop-off

Vehicle lightweight and safety design becomes an increasingly critical issue nowadays. In order to improve the crashworthiness of side impact and roof crush with the consideration of the manufacturing process, a new composite B-pillar structure with ply drop-off is proposed in this paper. It improves the crashworthiness by changing the section thickness of structure and reduces the weight of B-pillar. The ply drop-off regions on the outer part and inner part of B-pillar are divided into three sub-laminates respectively, named as thick panel, taper panel and thin panel. The thickness of the panel are determined by the number of lay-up. Based on traditional sensitivity analysis, this paper derives some new equations and clearly evaluates and quantifies the importance of uncertainty design parameters. Finally, the comprehensive performance of the lightweight and crashworthiness for the composite B-pillar with ply drop-off is improved through structural optimization.     

Structural optimization with crashworthiness constraints

An automated structural design methodology has been devised which simultaneously considers design criteria associated with both linear elastic and crashworthiness loading conditions. This method is developed within the context of a nonlinear mathematical programming based structural optimization capability using an efficient two-phased crashworthiness analysis technique. Specially constructed nonlinear approximations for the crashworthiness constraints are employed to further reduce the computational burden during the optimization process. This methodology is demonstrated on an automobile structural design problem. It is shown that more mass efficient designs can be obtained by simultaneously considering elastic and crashworthiness design criteria as compared to a sequential approach in which the structure is first designed for the elastic loads and then modified to satisfy the crashworthiness criteria.     

The concept and research of a pipe crawling rescue robot

This paper presents the control algorithm and design of a pipe crawling robot which can be used for the purpose of earthquake rescue and pipeline maintenance. The robot is designed to be able to intelligently alter its body shape to fit the pipe or tunnel-like voids within rubble. The paper introduces a simulation to test how the robot alters its body shape to fit voids. The control algorithm uses a look-up table method combined with the method of least squares to predict the shape of the robot under the influence of actuators. The paper also presents the design of both the hardware and software systems of the robot, and laboratory experiments on the robot body module. Computer simulation results by using MATLAB and the experimental results indicate the feasibility of the robot body shape change control algorithm proposal.     

消电管中集流放电针截面形状对消电效果影响的研究

本文对消电管中集流放电针的形状与消电效果之间的关系进行了研究。采用FEM的方法,对同一尺度的三种不同截面的集流放电针在空间中形成的静电场进行了仿真。分析了两个特定方向上的电场强度分布,并对电场强度与消电效果之间的关系进行了讨论。结果表明,其中截面为三角形的集流放电针在几个特定方向上电场强度的平均值最高,对静电的消除效果最好。     

铝合金材料在轿车车身轻量化中的应用研究

减轻汽车质量、降低燃油消耗和减少排放污染成为汽车工业发展的核心问题，车身的轻量化对于整车轻量化起着举足轻重的作用，采用轻质材料是车身减重的重要途径。该文以某轿车为对象，采用铝合金材料对车身11个主要覆盖件进行轻量化研究，该方案可以使车身减重53．1Kg，减重效果达到64．5％。采用显式有限元理论建立整车有限元模型，从满足整车耐撞安全性能的角度，在整车变形、整车与刚性墙的碰撞力、运动的速度和加速度、主要零部件的吸能等方面进行分析、评价，数值仿真验证了轻量化方案的可行性。