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机车车体耐碰撞结构设计与碰撞仿真研究

作　者: 贾宇
导　师: 肖守讷
学　校: 西南交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 有限元计算机仿真耐碰撞吸能装置 DF8B机车
分类号: U260.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 433次
引　用: 14次
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内容摘要

铁路运输承担着我国主要客、货运输任务,运行安全性是铁路运输的一个重要要求。碰撞事故会引起车辆结构的严重破坏和大量人员伤亡。因此国外已开始了机车车辆耐碰撞技术的研究,根据列车碰撞事故的调查结果、碰撞计算机仿真和碰撞试验制定了耐碰撞机车车辆在碰撞过程中的能量吸收标准,设计出耐碰撞机车车辆结构。为了提高我国机车车辆的耐碰撞性能,本文结合国内DF_8B型机车,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行碰撞仿真,设计了耐碰撞DF_8B机车车体结构。为了提高计算机仿真精度和效率,本文首先从理论上对机车车辆碰撞过程计算机仿真所运用的基本力学方程、机车车辆结构的有限元离散和薄壳单元理论、显式积分算法、弹塑性材料的应力应变关系做了介绍。其次对机车车辆碰撞有限元模型的建立、单元划分和网格密度的控制、接触界面的定义、沙漏控制、质量缩放和子循环等进行探讨,找出了以上参数对计算机仿真效率与精度的影响。然后利用计算机仿真模拟薄壁结构的碰撞过程,找出了薄壁结构的横截面、壁厚和预变形等因素对吸能特性的影响,并对圆管的轴向撞击进行了理论分析,对方管和锥形管的轴向撞击进行了仿真分析。最后本文建立了原DF_8B机车车体正面碰撞刚性墙的仿真模型,在分析碰撞结果后,对原DF_8B机车车体的底架和司机室结构进行了改进;并利用薄壁圆管和锥形结构设计了吸能装置,利用凸凹相见的防爬板设计了防爬装置;对安装了吸能装置和做出结构改进的耐碰撞DF_8B机车以10m/s和15m/s速度正面撞击刚性墙进行仿真,结果表明碰撞时吸收装置先于车体主结构破坏,吸收碰撞能量,其吸能能力达到了国外有关标准的要求。底架和司机室的结构改进也明显减小了车体结构的破坏,保证了司机室具有足够的生存空间。

全文目录

第1章绪论  10-21
  1.1 课题的背景与意义  10-11
  1.2 机车车辆碰撞事故分类及特征  11-12
  1.3 机车车辆碰撞事故中的人体损伤机理  12-13
  1.4 机车车辆碰撞事故安全法规  13-14
  1.5 机车车辆碰撞安全性设计的基本方法  14-16
    1.5.1 试验研究  15
    1.5.2 计算机仿真  15-16
  1.6 机车车辆碰撞研究的国内外现状  16-19
    1.6.1 国外情况  16-19
    1.6.2 国内情况  19
  1.7 本文的研究内容  19-21
第2章机车车辆碰撞过程计算机仿真的基本理论与方法  21-37
  2.1 概述  21-22
  2.2 基本力学方程  22-25
    2.2.1 运动方程  22-23
    2.2.2 边界条件  23-24
    2.2.3 本构方程  24-25
  2.3 机车车辆结构的有限元离散和薄壳单元理论  25-30
    2.3.1 机车车辆结构的有限元离散化  25-26
    2.3.2 机车车辆碰撞仿真中的薄壳单元  26-30
  2.4 显式有限元理论和方法  30-34
  2.5 弹塑性材料的应力应变关系  34-37
第3章基于ANSYS/LS-DYNA软件的机车车辆碰撞仿真建模与求解控制  37-50
  3.1 概述  37-38
  3.2 ANSYS/LS-DYNA软件介绍  38-39
  3.3 机车车辆有限元模型的建立  39-41
  3.4 网格密度的控制  41-45
  3.5 接触界面的定义  45-46
  3.6 沙漏控制  46-47
  3.7 时间控制  47-50
第4章耐碰撞机车吸能装置的薄壁结构研究  50-59
  4.1 概述  50
  4.2 耐碰撞机车吸能装置的设计要求  50-51
  4.3 薄壁结构碰撞吸能特性的影响因素研究  51-54
    4.3.1 横截面与吸能特性  51-52
    4.3.2 壁厚与吸能特性  52-53
    4.3.3 预变形与吸能特性  53-54
  4.4 圆管的碰撞吸能特性  54-56
    4.4.1 圆管轴向撞击的理论研究  54-56
    4.4.2 多根圆管的碰撞吸能特性  56
  4.5 方管和锥形管的碰撞吸能特性  56-59
第5章耐碰撞DF_(8B)型机车车体结构设计与碰撞仿真分析  59-80
  5.1 概述  59
  5.2 原DF_(8B)型内燃机车车体结构和车体强度  59-62
    5.2.1 原DF_(8B)型内燃机车车体结构  59
    5.2.2 原DF_(8B)型内燃机车车体强度  59-62
  5.3 原DD_(8B)型机车正面碰撞仿真分析  62-67
    5.3.1 原DF_(8B)型机车车体碰撞有限元模型  62-64
    5.3.2 原DF_(8B)型机车车体碰撞速度的确定  64-65
    5.3.3 原DF_(8B)型机车车体碰撞仿真分析  65-67
  5.4 耐碰撞DF_(8B)型机车吸能装置的结构设计与仿真  67-68
    5.4.1 耐碰撞DF_(8B)型机车吸能装置的结构设计  67-68
    5.4.2 耐碰撞DF_(8B)型机车吸能装置的碰撞仿真  68
  5.5 耐碰撞DF_(8B)型机车防爬装置的结构设计与仿真  68-70
    5.5.1 耐碰撞DF_(8B)型机车防爬装置的结构设计  68-69
    5.5.2 耐碰撞DF_(8B)型机车防爬装置的碰撞仿真  69-70
  5.6 耐碰撞DF_(8B)型机车端部结构的改进  70-73
    5.6.1 耐碰撞DF_(8B)型机车底架结构的改进  71-73
    5.6.2 耐碰撞DF_(8B)型机车司机室结构的改进  73
  5.7 耐碰撞DF_(8B)型机车车体碰撞仿真分析  73-79
    5.7.1 耐碰撞DF_(8B)型机车车体的碰撞模型  73-74
    5.7.2 10m／s速度下的碰撞仿真结果分析  74-77
    5.7.3 15m／s速度下的碰撞仿真结果分析  77-79
  5.8 耐碰撞DF_(8B)型机车的静强度分析  79-80
结论  80-82
致谢  82-83
参考文献  83-89
攻读硕士学位期间发表的论文  89

机车车体耐碰撞结构设计与碰撞仿真研究

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