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CRH3动车组被动安全性和耐撞性优化研究
作 者: 杨慧芳
导 师: 兆文忠;陈秉智
学 校: 大连交通大学
专 业: 车辆工程
关键词: CRH3动车组 碰撞仿真 吸能结构 优化设计
分类号: U266
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 277次
引 用: 3次
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内容摘要
随着城市化进程的加快以及我国铁路的全面提速,如何提高高速列车运行安全性,减小事故损失,实现现代车辆以人为本的设计思想,最大限度的减少司机和旅客在事故中的伤亡,成为轨道车辆研发的热点课题之一。本文以CRH3动车组为载体,应用碰撞仿真软件PAM-CRASH和多学科协同优化软件iSIGHT进行碰撞数值模拟分析和吸能结构优化,得到CRH3动车组在大变形碰撞时的变形模式及乘员身体的受力和加速度情况,并对动车组的吸能结构进行评估及最优设计,实现车辆的被动安全保护和耐撞性优化设计。首先,根据CRH3动车组的结构特点,建立适用于高度非线性碰撞的有限元模型,从头车撞刚性墙、两车对碰以及两车连挂三个工况分别做碰撞仿真,根据仿真结果分析车身主要部件的变形规律、车与车之间的吸能情况、撞击力、撞击作用时间、以及各车的速度、加速度等一系列参数的变化规律,提出改进方案。其次,对头车撞刚性墙、两车对碰两个工况分别安装吸能结构进行碰撞仿真,从碰撞时的变形程度、速度、加速度、碰撞能量和碰撞力等方面与不加吸能结构时进行比较,分析吸能结构对车体的影响,为吸能结构的设计提供建议。再次,建立相对精确的车钩-缓冲装置-连挂系统的数值仿真模型,分别对CRH3动车组使用铰接连接和半自动车钩连接,分析比较碰撞过程中这两种连挂装置的变形、速度、加速度、碰撞能量和碰撞力等参数,为企业提供理论依据。第四,在动车组中加入假人模型,通过数值仿真,参照美国联邦机动车安全法规(FMVSS)和欧洲标准(ECE和EEC),对假人模型各伤害指标进行评价,提出碰撞时人体造成伤害的关键因素,为人员安全设计提供依据。最后,将多学科协同优化软件iSIGHT与PAM-CRASH集成,基于序列二次规划法DONLP和混合整型法MOST两种优化算法,在尽可能降低车体质量并保证人员安全的前提下,确定合理的吸能结构参数,以吸收足够的撞击能量,保证人员的安全。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-10 第一章 绪论 10-25 1.1 研究的背景和意义 10-13 1.2 国内外研究现状 13-22 1.2.1 国内外动车组发展现状 13-16 1.2.2 大变形碰撞技术的研究现状 16-19 1.2.3 工程结构优化的研究现状 19-22 1.3 技术路线 22-23 1.4 本文主要研究内容及创新点 23-24 本章小结 24-25 第二章 大变形碰撞仿真理论基础 25-36 2.1 大变形碰撞仿真概述 25-26 2.2 大变形碰撞仿真的算法原理 26-29 2.3 大变形碰撞仿真的关键技术问题 29-35 2.3.1 显式中心差分法 29-32 2.3.2 接触-碰撞界面算法 32-33 2.3.3 沙漏现象及控制 33-35 本章小结 35-36 第三章 CRH3 动车组大变形碰撞仿真 36-72 3.1 CRH3 动车组介绍 36-38 3.2 应用软件介绍 38-44 3.2.1 建模软件I-DEAS 介绍 38-39 3.2.2 划分网格软件HYPERMESH 介绍 39-42 3.2.3 碰撞分析软件PAM-CRASH 介绍 42-44 3.3 CRH3 动车组头车大变形碰撞仿真分析 44-55 3.3.1 头车模型与相关参数的定义 44-46 3.3.2 头车碰撞仿真结果分析 46-50 3.3.3 头车加吸能装置碰撞仿真分析 50-55 3.4 CRH3 动车组两车对碰大变形碰撞仿真分析 55-58 3.4.1 无吸能装置的两车对碰仿真分析 55-57 3.4.2 加吸能装置的两车对碰仿真分析 57-58 3.5 CRH3 动车组两节连挂车大变形碰撞仿真分析 58-63 3.5.1 采用铰接连接的CRH3 动车组大变形碰撞仿真分析 58-61 3.5.2 采用半自动车钩连接的CRH3 动车组大变形碰撞仿真分析 61-63 3.6 CRH3 动车组装入假人模型碰撞仿真分析 63-71 3.6.1 假人相关理论及评判标准 63-64 3.6.2 CRH3 动车组装入假人模型与相关参数的定义 64-65 3.6.3 CRH3 动车组装入假人模型碰撞仿真结果分析 65-71 本章小结 71-72 第四章 CRH3 动车组端部吸能结构优化设计 72-92 4.1 工程结构优化设计概述 72-78 4.1.1 结构优化设计的基本概念与分类 72-73 4.1.2 结构优化的基本方法 73-74 4.1.3 结构优化的数学模型 74-78 4.2 多学科优化软件ISIGT 介绍 78-83 4.2.1 iSIGHT 简介 78-80 4.2.2 iSIGHT 优化方法种类 80-83 4.3 CRH3 端部吸能结构吸能优化分析 83-89 4.3.1 优化前吸能装置碰撞仿真分析 83-85 4.3.2 吸能优化的数学模型 85 4.3.3 iSIGT 与PAMCRASH 的集成 85-86 4.3.4 吸能结构优化结果分析 86-89 4.4 CRH3 端部吸能结构吸能与轻量化的多目标优化分析 89-91 4.4.1 多目标优化的数学模型 89 4.4.2 iSIGT 优化模块的建立 89-90 4.4.3 多目标优化结果分析 90-91 本章小结 91-92 结论与展望 92-94 参考文献 94-96 攻读硕士学位期间发表的学术论文 96-97 致谢 97-98
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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 机车工程 > 动车、动车组(动力列车)
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