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原文传递基于多体系统动力学的机车车辆耐撞性研究

论文题名：	基于多体系统动力学的机车车辆耐撞性研究
关键词：	机车车辆;吸能装置;耐撞性能;多体系统动力学
摘要：	通过机车车辆被动安全性研究，可为司乘人员提供被动安全防护，这是当今世界机车车辆全面发展的趋势。列车由多节车辆组成，对其耐撞性进行研究，既要考虑单节车的撞击破坏问题，又要考虑车辆之间的相互碰撞问题。每个实际运行的机车车辆系统都需要提供一个在其运用环境中被接受的耐撞性水平，这由满足被动安全要求的机车车辆的吸能能力所决定。为了实现这个吸能能力，需要对列车中各个车辆端部的变形吸能区域的主要吸能部件进行详细的设计和优化。　　吸能装置作为机车车辆吸能系统的最重要组成部分，直接决定了机车车辆的吸能能力。论文以车端吸能装置为研究对象，利用MATLAB语言编制的一维碰撞纵向动力学程序研究了吸能装置的参数对机车车辆一维耐撞性的影响，最后采用三维碰撞动力学耦合模型对机车车辆碰撞的三维动态响应、安全碰撞速度与车辆质量及其端部吸能装置参数之间的关系进行了研究，主要完成了以下工作: 　　(1)论文全面总结了国内外轨道车辆耐撞性的最新研究进展，并对轨道车辆碰撞事故的类型、事故的特点及主要的研究方法进行了分析和梳理。重点对轨道车辆耐撞性的原理、耐撞性研究的目的和耐撞性设计方法进行了详细地分析和归纳。　　(2)将金属切削加工中的能量耗散理念应用到轨道车辆的被动安全防护上，针对两种新型吸能装置（切削吸能装置、组合吸能装置），采用非线性大变形有限元方法对新型吸能装置的吸能过程进行数值模拟。采用多元线性回归分析的方法建立两种新型吸能装置吸能过程的稳定界面力预测模型和吸收能量预测模型。方差分析表明，预测模型的回归方程和系数都是显著的，预测模型与切削参数（刀具前角、切削深度、切屑圆心角、切削速度）之间具有线性关系。试验仿真的检验表明预测模型是有效的。　　(3)基于动力学和碰撞力学理论，建立了机车车辆一维碰撞动力学方程，采用显式数值积分算法，利用MATLAB语言编制了一维碰撞动力学仿真程序。总结了机车车辆耐撞性安全评价指标及其评判标准。利用简化的力—变形特性曲线创建了车端切削吸能装置的基本特性，依据该曲线定义了切削吸能装置的力位移函数。以切削吸能装置力位移函数的自变量为分析变量，研究了吸能装置的参数对机车车辆一维耐撞性的影响，找出了提高列车耐撞性安全评价指标的主要控制参数，研究了吸能装置的参数对安全评价指标主要控制参数的影响规律。　　(4)建立了包括车辆子系统、轮轨关系子系统和钩缓—吸能防爬装置子系统的机车车辆碰撞三维动力学耦合模型。该模型包括详细的车钩模型、轮轨接触关系、防爬器之间的相互作用、车辆端部变形吸能部件的力—变形特性等，考虑了止档装置和悬挂系统的非线性动态刚度特性。采用显式数值积分方法，利用MATLAB语言编制了该耦合系统的动力学仿真程序，并进行了时域求解。研究了车辆质量及其端部吸能装置的参数对机车车辆耐撞性的影响。利用多元线性回归分析的方法，建立了机车车辆的安全碰撞速度与车辆质量及其端部吸能装置参数关系的预测模型。研究结果表明，两列车在直线线路上发生中低速对心碰撞时不会产生脱轨风险。方差分析表明，预测模型的回归方程和系数都是显著的。试验仿真的检验表明预测模型是有效的。
作者：	雷成
专业：	车辆工程
导师：	罗世辉;肖守讷
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文