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基于ANYSY/LS-DYNA的铁道车辆单车碰撞问题建模与仿真研究

作　者: 高祥
导　师: 张乐乐
学　校: 北京交通大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 碰撞仿真显式动力学轨道车辆有限元方法
分类号: U270.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 710次
引　用: 8次
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内容摘要

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撞仿真与分析。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。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-18
  1.1 课题的研究背景以及意义  10-12
  1.2 列车碰撞的事故分类及特点  12-13
  1.3 列车碰撞的研究现状及存在问题  13-17
    1.3.1 国外对列车碰撞的研究状况  13-15
    1.3.2 国内对列车碰撞的研究状况  15-16
    1.3.3 存在的问题  16-17
  1.4 课题主要的研究内容  17-18
2 碰撞仿真的基本理论与方法  18-25
  2.1 碰撞仿真的理论基础  18-20
  2.2 列车结构的有限元离散化  20-21
  2.3 ANYSY/LS-DYNA显式有限元理论与方法  21-25
    2.3.1 LS-DYNA显式程序理论与方法  22-23
    2.3.2 质量缩放和子循环  23
    2.3.3 沙漏控制技术  23-25
3 列车碰撞仿真模型的建立  25-36
  3.1 车体实体模型的建立  25-28
  3.2 单元类型的选择  28-29
  3.3 材料模型的选择  29-32
  3.4 网格的划分  32-34
  3.5 约束和载荷  34
  3.6 接触搜索算法及接触模型  34-36
4 碰撞过程仿真及结果分析  36-52
  4.1 单节车厢与固定刚性墙的碰撞分析  36-43
    4.1.1 溃缩变形分析  36-38
    4.1.2 速度变化分析  38-40
    4.1.3 能量耗散分析  40-41
    4.1.4 碰撞后的爬车分析  41-43
  4.2 各种不同参数设置对碰撞结果的影响  43-49
    4.2.1 不同初速度对碰撞结果的影响  43-47
    4.2.2 不同材料模型参数对碰撞结果的影响  47-49
  4.3 单节车厢与可移动刚性墙的碰撞  49-52
5 二次碰撞仿真与分析  52-66
  5.1 二次碰撞中的人的损伤机理  52
  5.2 用于二次碰撞仿真研究的安全法规  52-54
  5.3 假人模型  54-56
    5.3.1 假人有限元模型的选择  54-55
    5.3.2 仿真场景设置及载荷的施加  55-56
  5.4 仿真结果与分析  56-66
    5.4.1 正面碰撞分析  56-60
    5.4.2 背面碰撞分析  60-64
    5.4.3 两种仿真场景的对比  64-66
6 结论与展望  66-68
参考文献  68-71
作者简历  71-73
学位论文数据集  73

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