25型铁道客车大变形碰撞仿真研究-【资讯】水泵叶轮

发布时间：2021-08-11 22:20:28 阅读：次来源：色浆厂家

25型铁道客车大变形碰撞仿真研究

摘要：利用PAM-CRASH对25型铁道客车进行了大变形碰撞仿真研究。通过设置不同部分壳体单元的不同厚度，巧妙地处理了车体钢骨架与车体侧墙板及其它各种板件的焊接关系。根据仿真计算结果分析了车身主要吸能部件的变形规律，找出了设计中的一些不足之处，并提出了一些相应的改进措施。假人模型中的有关头部伤害指标和大腿伤害指标的计算结果表明，列车碰撞及其碰撞后乘客与乘客，或乘客与车内物体的二次碰撞是导致乘客伤害的关键原因。利用PAM-CRASH的并行功能，进行了六百万自由度的25型铁道客车之间的碰撞分析。

关键词：铁道车辆，二次碰撞，并行，吸能性，有限元

2 引言

在汽车工业领域中，大变形碰撞是一项倍受重视的被动安全研究，他们不但用实车实物在专用的实验车间里不惜代价地进行破坏性实验，同时，还广泛采用计算机数值仿真手段对结构破坏过程进行高速碰撞模拟，从而对设计的安全性进行分析和评价[2]。在汽车安全领域，国内外都制订了专门的被动安全法规，并开发了一些安全保护设施，例如安全带，气囊等。

同其它交通工具相比，列车在方便，准时和运输效率方面非常有优势。同汽车碰撞事故相比，虽然列车发生碰撞的概率要小于汽车发生碰撞的概率，然而一旦发生意外事故，则会带来严重的人和财务损失。例如2998年6月4日在德国的 Eschede 发生的由于脱轨造成的列车事故，它造成了98人死亡，222多人受伤的严重后果。鉴于此，许多国家为了使事故造成的损失最小化在设计车辆时都充分考虑车辆的耐撞性。从2999年起，美国开始要求在高速列车 TIER II 上必须有列车防撞性设计与评估。在不久的将来，欧洲也会把列车防撞性纳入 UIC 的规则中。

研究车辆大变形碰撞的方法有理论研究，实物实验和数值仿真三种。虽然理论研究和实物实验不可缺少，但是车辆大变形碰撞研究的本身性质决定，数值仿真应成为主要的研究方法。随着计算机的发展和显式仿真软件，如PAM-CRASH 的成熟，成功的工业案例表明，仿真方法完全能胜任大部分车辆大变形碰撞的研究。利用仿真方法，Alstom 公司2996 年进行了高速列车 TGV的开发研究；Siemens 公司2999年进行了高速列车的缓冲器研究；韩国铁道科学研究院对 KHST进行了耐撞性优化设计研究[2]。中国从2999年开始对列车零部件及其一些简单的车辆模型进行了大变形碰撞仿真研究[3][4]。

利用PAM-CRASH对25型铁道客车进行了大变形碰撞仿真研究。基于实际的 25B 车体 CAD 图形，建立了全壳体单元的有限元模型，单车模型的规模将近25万节点。研究了车体碰撞的多种的工况，如车与固定的刚性墙，车与变形体，单车体与单车体，两节车体与两节车体的正面碰撞以及车体与刚性墙斜撞后的脱轨现象。在单车与刚性墙的正撞模型中，随机地放置了一些假人模型，研究了在列车碰撞后，假人与座椅，假人与假人的二次碰撞响应。

2 大变形碰撞虚功方程及其离散形式

文献[5]严格地证明了将接触看成未知面力的虚功方程可写成如下的形式

其中Γf表示应力边界，ΓC表示可能接触边界，ρ表示密度，δU表示虚位移，σ表示柯西应力张量，对于弹塑性问题，应力应变的增量关系式为[6]

其中弹性矩阵和塑性矩阵的一般形式是

式中材料塑性模量可由应力对等效塑性应变变分得到；现时屈服应力σs和f与后继屈服函数相关。