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铁道车辆碰撞以及结构优化的仿真研究
| 论文题名： | 铁道车辆碰撞以及结构优化的仿真研究 |
| 关键词： | 铁道车辆;有限元仿真;响应面法;高速碰撞模拟;碰撞吸能;并行算法 |
| 摘要： | 随着显式有限元技术的发展以及高性能计算机硬件和软件资源的出现，采用计算机数值方法进行高速碰撞仿真，研究高速车辆大变形碰撞特性，进而对车辆结构碰撞吸能特性进行优化，提高车辆的被动安全性有着非常现实而重要的意义。 本论文的主要内容与创新之处有以下几个方面： 1.碰撞仿真理论研究 为进行高速列车的碰撞仿真研究，本文从碰撞仿真显式有限元方法的基本控制方程出发，对积分格式、临界时间步长、材料非线性、几何非线性、接触搜索和接触力计算、摩擦力计算、沙漏问题以及刚性墙的处理等几个方面进行了详细探讨。 2.建立车体有限元模型首先本文利用UG软件根据25B客车的设计图纸建立车体的完整三维实体模型，抽取中面后，把几何模型输入到PAM/CRASH软件。 3.铁路客车碰撞的有限元仿真 (1)本文对单节车体与固定刚性墙、与可移动刚性墙、可移动障碍物进行了碰撞模拟，发现碰撞时间极其短暂，变形集中在车体前部，车辆主体几乎不变形；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；刚性墙质量越大，车体与其撞击后的速度越小，车体的变形越大。 (2)对两节车体与刚性墙及两节车体对撞进行模拟计算，由于车体两端上下刚度差别较大，发现两节车体容易产生危险的爬车现象；同时模拟计算了三节车体斜撞刚性墙的脱轨情况。 (3)铁路客车碰撞的特点是规模大，碰撞作用时间长导致仿真计算时间让人难以忍受，本文采用并行算法模拟计算了两节车体与两节车体的对撞过程，仅花费7.3h。 4.碰撞吸能特性的结构优化 本文采用响应面法对牵引梁的碰撞吸能特性进行了动态结构优化，优化后的结构推迟了发生最大变形的时间。优化结果不仅可以指导牵引梁在车辆碰撞中的设计，而且提出的响应面法为铁路客车碰撞的动态优化问题开辟了一条新路。 |
| 作者： | 房加志 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 焦群英;王成国 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中国农业大学 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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