《軌道列車分散式吸能系統的行為和最佳化設計方法研究》是依託中國科學技術大學，由虞吉林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：軌道列車分散式吸能系統的行為和最佳化設計方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：虞吉林
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著高速列車和城市軌道交通在我國的迅速發展，列車運行安全問題吸引了廣泛的關注。發展被動安全技術，提高列車耐撞性，是具有重要理論和工程實際意義的研究方向。與通常的吸能結構不同，列車採用分布於各節車廂兩頭的吸能部件逐級吸能，衝擊載荷沿列車的傳播即應力波效應不可忽略。列車運行速度的提高對其耐撞性設計提出了新的挑戰，新型吸能元件在高速列車上的套用也亟待研究。本項目以列車在碰撞過程中的應力波傳播特性、列車分級吸能系統的行為和最佳化設計為研究目標。採用以數值模擬為主，結合簡化模型的理論分析和關鍵吸能部件/系統的實驗研究，著重分析應力波在列車中的傳播特性和各級吸能部件參數對車廂減速度的影響，通過引入自適應的吸能部件，使列車各級吸能部件以可控的方式參與吸能，達到在列車碰撞過程中實現分級吸能的目的，最終提出高速列車分散式吸能系統的設計方法，解決列車耐撞性的關鍵科學和技術問題，為新型動車組的研發提供技術基礎。
結題摘要
本項目對高速列車在碰撞過程中的應力波傳播特性、列車分散式吸能系統的行為和最佳化設計進行了研究，以期提高列車耐撞性。建立了列車的一維附加質量彈簧模型和相應的三維有限元模型，研究了碰撞過程中車廂複雜結構對車廂中應力波傳播的影響。建立了列車分散式吸能系統的一維波傳播模型，關注車體中彈性波效應對吸能元件的回響的影響。採用數值模擬手段對列車碰撞過程中的回響進行了初步分析。進一步利用一維應力波理論對碰撞過程中的衝擊載荷引起的彈塑性波沿列車的傳播和作用進行了理論分析。基於彈性波的傳播及其在各個界面上的反射作用，以彈性波到達相應界面的時間作為分界點將整個碰撞過程的分析分為一些不同的階段。由於彈性波的傳播和疊加效應，各吸能部件在回響過程中表現出典型的階段性、平台樣現象。若忽略彈性波效應，將對吸能器的吸能行為，包括吸能總量和各吸能器的吸能量分布，做出錯誤的估計。通過參數分析表明，吸能部件的平台應力、彈性體的彈性模量和密度是決定整個碰撞過程中系統局部動態回響的控制參量。上述三個參量共同作用，能夠決定吸能部件一個反饋周期的時長，能夠決定各個吸能部件中塑性波的波速從而決定吸能速率，能夠決定吸能部件碰撞過程中的能量吸收量。得到了由上述控制參量組成的、關於吸能部件能量吸收量的控制方程，能夠對列車的分散式吸能系統的最佳化設計進行理論指導。結合數值模擬和理論分析研究了梯度泡沫金屬的力學性能和抗衝擊性能，並得到了以梯度泡沫作為吸能元件材料的最佳化設計方案。綜上所述，本項目關注了彈性波效應對列車分散式吸能系統在碰撞過程中的回響的影響，提出了最佳化吸能部件性能和將吸能部件更合理排布的設計方案，為高速列車分散式吸能系統的最佳化設計提供了理論支持。
