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车辆吸能部件的碰撞试验与数值仿真

谢素超 田红旗 姚松

谢素超, 田红旗, 姚松. 车辆吸能部件的碰撞试验与数值仿真[J]. 交通运输工程学报, 2008, 8(3): 1-5.
引用本文: 谢素超, 田红旗, 姚松. 车辆吸能部件的碰撞试验与数值仿真[J]. 交通运输工程学报, 2008, 8(3): 1-5.
Xie Su-chao, Tian Hong-qi, Yao Song. Impacting experiment and numerical simulation of energy-absorbing component of vehicles[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2008, 8(3): 1-5.
Citation: Xie Su-chao, Tian Hong-qi, Yao Song. Impacting experiment and numerical simulation of energy-absorbing component of vehicles[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2008, 8(3): 1-5.

车辆吸能部件的碰撞试验与数值仿真

基金项目: 

国家自然科学基金项目 50175110

铁道部科技研究开发计划项目 2005J024

详细信息
    作者简介:

    谢素超(1983-),男,湖南邵阳人,中南大学博士研究生,从事车辆结构和撞击动力学研究

    田红旗(1959-), 女, 河南鲁山人, 中南大学教授, 博士

  • 中图分类号: U270.1

Impacting experiment and numerical simulation of energy-absorbing component of vehicles

More Information
    Author Bio:

    Xie Su-chao(1983-), male, doctoral student, +86-731-2656675, xsc0407@163.com

    Tian Hong-qi(1959-), female, PhD, professor, +86-731-2655390, thq@mail.csu.edu.cn

  • 摘要: 为了设计某列车耐撞性车体, 实现列车被动安全保护, 进行了台车碰撞试验和数值仿真计算, 研究了耐撞性车体吸能部件的吸能特性。在台车撞击试验过程中, 吸能部件从预期部位开始发生稳定有序的塑性变形, 吸收的冲击动能与最大变形量基本成正比关系, 说明该部件具有良好的吸能效果。并在此基础上, 应用显式动力有限元理论建立了其有限元撞击模型, 进行了数值仿真计算。相关性分析结果表明: 仿真结果与试验结果基本一致, 在整个撞击过程中, 撞击力曲线基本吻合, 最大撞击力峰值分别为2486.3、2423.1kN, 最大变形量误差和初始撞击力峰值误差都小于3%, 反弹速度误差小于4%。显然, 利用撞击试验验证了数值计算的有效性和可靠性, 利用数值计算设计和优化车辆吸能部件是可行的。

     

  • 图  1  部件碰撞试验台

    Figure  1.  Impacting experimental bench of component

    图  2  试验台车

    Figure  2.  Experimental trolley

    图  3  测力刚性墙

    Figure  3.  Force-measuring rigid wall

    图  4  测速及触发系统

    Figure  4.  Measuring velocity and trigger system

    图  5  光源及高速摄影仪

    Figure  5.  Light sources and high-speed camera

    图  6  吸能部件

    Figure  6.  Energy-absorbing component

    图  7  吸能部件的位置

    Figure  7.  Locations of energy-absorbing components

    图  8  试验台车及吸能部件

    Figure  8.  Experimental trolley and energy-absorbing component

    图  9  吸能部件变形过程

    Figure  9.  Deformation process of energy-absorbing component

    图  10  吸能部件有限元模型

    Figure  10.  Finite element model of energy-absorbing component

    图  11  模拟变形过程

    Figure  11.  Simulation deformation process

    图  12  撞击力与时间曲线

    Figure  12.  Curves between impacting force and time

    表  1  试验结果

    Table  1.   Experimental results

    试验编号 撞击速度/ (m·s-1) 反弹速度/ (m·s-1) 能量变化/kJ 最大变形量/mm 初始撞击力峰值/kN
    1 14.19 0.95 123.88 150 2 138.9
    2 15.72 0.80 152.32 170 2 381.7
    3 16.00 0.62 157.97 184 2 423.1
    4 16.41 1.05 165.74 200 2 470.3
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    表  2  结果对比

    Table  2.   Comparison of results

    参数 最大变形量/mm 达到最大变形量时间/ms 初始撞击力峰值/kN 初始撞击力峰值出现时间/ms 反弹速度/ (m·s-1)
    碰撞试验 184.0 25.0 2 423.1 0.25 0.62
    数值分析 188.5 25.2 2 486.3 0.24 0.60
    误差率/% 2.45 0.80 2.60 4.00 3.20
    下载: 导出CSV
  • [1] Scholes A, Lewis J H. Development of crashworthiness for rail way vehicle structures[J]. Journal of Rail and Rapid Transit, 1993, 207 (F1): 1-16.
    [2] 田红旗. 客运列车耐冲击吸能车体设计方法[J]. 交通运输工程学报, 2001, 1 (1): 110-114. http://transport.chd.edu.cn/article/id/200101028

    Tian Hong-qi. Crashworthy energy absorbing car-body design method for passenger train[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2001, 1 (1): 110-114. (in Chinese) http://transport.chd.edu.cn/article/id/200101028
    [3] Koo Jeong-Seo, Kwon Tae-Soo, Cho Hyun-Jik. 韩国高速列车防撞设计与评估[J]. 中国铁道科学, 2004, 25 (1): 1-7. doi: 10.3321/j.issn:1001-4632.2004.01.001

    Koo Jeong-Seo, Kwon Tae-Soo, Cho Hyun-Jik. Korean high-speedrailway anti-i mpact structure designandappraisal[J]. China Railway Science, 2004, 25 (1): 1-7. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1001-4632.2004.01.001
    [4] 高广军, 田红旗, 姚松. 耐冲击吸能车体[J]. 交通运输工程学报, 2003, 3 (3): 50-53. doi: 10.3321/j.issn:1671-1637.2003.03.011

    Gao Guang-jun, Tian Hong-qi, Yao Song. Crashworthy rail way car-body with energy absorbing[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2003, 3 (3): 50-53. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1671-1637.2003.03.011
    [5] Kirkpatrick S W, Schroeder M, Si mons J W. Evaluation of passenger rail vehicle crashworthiness[J]. International Journal of Crashworthiness, 2001, 6 (1): 95-106. doi: 10.1533/cras.2001.0165
    [6] 顾红军, 赵国志, 陆廷金, 等. 轴向冲击下薄壁圆柱壳的屈曲行为的实验研究[J]. 振动与冲击, 2004, 23 (4): 58-63. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ200404013.htm

    Gu Hong-jun, Zhao Guo-zhi, Lu Ting-jin, et al. Buckling of thin-wall cylindrical shell under axial i mpact[J]. Journal of Vibration and Shock, 2004, 23 (4): 58-63. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ200404013.htm
    [7] 许平, 姚曙光. 列车部件撞击序列图像运动分析方法[J]. 交通运输工程学报, 2006, 6 (1): 20-24. http://transport.chd.edu.cn/article/id/200601004

    Xu Ping, Yao Shu-guang. Motion analysis method of series images for train component crash[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2006, 6 (1): 20-24. (in Chinese) http://transport.chd.edu.cn/article/id/200601004
    [8] 姚松, 田红旗, 高广军. 显式有限元法在车辆耐撞性研究中的应用[J]. 交通运输工程学报, 2003, 3 (1): 13-16. http://transport.chd.edu.cn/article/id/200301003

    Yao Song, Tian Hong-qi, Gao Guang-jun. Explicit finite element methodfor vehicle crashworthiness[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2003, 3 (1): 13-16. (in Chinese) http://transport.chd.edu.cn/article/id/200301003
    [9] 王勖成, 邵敏. 有限单元法基本原理和数值方法[M]. 北京: 清华大学出版社, 2002.
    [10] 刘今朝, 房加志, 王成国, 等. 铁道客车大变形碰撞仿真研究[J]. 中国铁道科学, 2004, 25 (6): 1-8. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGTK200406001.htm

    Liu Jin-zhao, Fang Jia-zhi, Wang Cheng-guo, et al. Simulation research onfinite deformation crashworthiness of rail way passenger car[J]. China Rail way Science, 2004, 25 (6): 1-8. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGTK200406001.htm
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出版历程
  • 收稿日期:  2007-12-15
  • 刊出日期:  2008-06-25

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