基于RADIOSS和HyperCrash的電動車組碰撞仿真

2017-01-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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項目介紹

隨著列車的全面提速,列車碰撞安全性成為現(xiàn)代列車研究的最關(guān)鍵內(nèi)容之一。車體的耐撞性包括車體結(jié)構(gòu)的承載能力、變形模式和自身吸收撞擊能量的能力等多方面的綜合特性。滿足列車車體結(jié)構(gòu)的耐撞性,也就是在一定的撞擊速度下,列車車體的各個部位能有序的發(fā)生碰撞變形,在盡可能多的吸收撞擊能量的同時,最大限度的降低撞擊減速度,為司機和乘客保留足夠的逃生空間, 從而降低碰撞事故帶來的傷害。

青島四方龐巴迪鐵路運輸設(shè)備有限公司(簡稱 BST)是由中國四方機車車輛有限責(zé)任公司與龐巴迪公司出資組建的中外合資企業(yè)。從事設(shè)計、生產(chǎn)高檔客車、普通客車車體、電動車組、豪華雙層客車、高速客車和城市軌道車輛等, 銷售合營公司自產(chǎn)產(chǎn)品,提供相關(guān)售后服務(wù)。

青島四方龐巴迪以某鋁合金電動車組車體結(jié)構(gòu)為載體,利用 HyperMesh 軟件強大的網(wǎng)格劃分功能建立網(wǎng)格,并在 HyperCrash 中建立 8 節(jié)編組動車組有限元模型,采用 RADIOSS 軟件顯式求解器,基于計算機數(shù)值仿真技術(shù)對車體進行大變形碰撞仿真,得到該車體發(fā)生大變形碰撞時的車體塑性變形、撞擊力、車體減速度等參數(shù)與時間的變化情況,并根據(jù) EN15227 標(biāo)準(zhǔn)中的評價準(zhǔn)則對該動車組車體的碰撞安全性進行評估。

挑戰(zhàn)

由于,目前該碰撞工況很難進行真實的試驗,如何在設(shè)計階段對車體的安全性進行準(zhǔn)確評估,從而滿足安全性需求。

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解決方案

該車體是采用大型鋁型材焊接而成,采用 8 節(jié)編組,頭車前端帶有吸能車鉤和碰撞吸能器,兩節(jié)車輛之間帶有中間吸能車鉤,可以很好的吸收碰撞能量,頭車結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

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根據(jù) EN15227:2008 標(biāo)準(zhǔn),對于在平交路口上,一輛列車單元以 65km/h 的速度和一個大而重的可變形障礙物之間發(fā)生撞擊,如圖 2 所示?？勺冃握系K物的詳細參數(shù)及模型建立要求可以參照 EN15227:2008 標(biāo)準(zhǔn)中 C.3 部分。

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根據(jù)上述工況及有限元模型,采用 RADIOSS 顯式求解器進行求解,并用 HyperView 查看碰撞結(jié)果。碰撞過程中,車體與可變形障礙物隨時間變化的變形圖如圖 4 所示。

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整個碰撞過程中,前端緩沖器僅僅壓縮 8mm,吸收能量很小,前端車鉤與障礙物不發(fā)生接觸,不吸收能量,由于車體剛度較大,大部分碰撞能量被可變形障礙物吸收。頭車的塑性應(yīng)變云圖如圖 5 所示,紅色為塑性應(yīng)變大于 10% 的區(qū)域,從圖中可以看到,車體前端發(fā)生很小的塑性變形,對車體整體結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響。因此,司機及乘客的生存區(qū)沒有受到影響。圖 6 為頭車的位移云圖。

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結(jié)論

根據(jù) EN15227:2008 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的碰撞工況,以某鋁合金電動車組車體結(jié)構(gòu)為載體,應(yīng)用 Altair 公司碰撞仿真軟件 HyperCrash 和 RADIOSS 進行大變形碰撞仿真,并以碰撞過程中車體結(jié)構(gòu)的塑性變形、司機和乘客的生存空間和平均加速度等情況為基準(zhǔn),評估了該列車的安全性?？梢暂^準(zhǔn)確高效的實現(xiàn)動車碰撞仿真,很好地評估并保障列車的碰撞安全性。因此,該仿真方法可以在軌道車輛的碰撞仿真中得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)于Altair

Altair公司是世界領(lǐng)先的工程設(shè)計技術(shù)的開發(fā)者之一,也是一家具有全球深厚工程技術(shù)底蘊的優(yōu)秀CAE工程公司。Altair 公司擁有多元化的業(yè)務(wù)主線,其技術(shù)涵蓋高端CAE仿真和優(yōu)化技術(shù)、數(shù)據(jù)管理及流程自動化、高性能計算與網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù), 同時具備一流的產(chǎn)品設(shè)計、流程定制、二次開發(fā)等咨詢服務(wù)能力。Altair目前為私人所有,總部設(shè)在美國底特律,在全球擁有2000多位員工,分支機構(gòu)遍及美洲、歐洲及亞太地區(qū)。憑借其在產(chǎn)品設(shè)計、先進CAE工程軟件開發(fā)和網(wǎng)格計算技術(shù)等方面擁有29年的經(jīng)驗,Altair不斷為各個行業(yè)的客戶創(chuàng)造競爭優(yōu)勢。www.altair.com.cn

關(guān)于HyperWorks

企業(yè)級CAE仿真平臺構(gòu)建于設(shè)計優(yōu)化、性能數(shù)據(jù)管理和流程自動化的基礎(chǔ)理念之上,HyperWorks是一個企業(yè)級的仿真解決方案,用于加快企業(yè)設(shè)計開發(fā)和決策過程。作為業(yè)界最全面的開放構(gòu)架的CA解決方案,HyperWorks包括第一流的建模、分析、可視化和數(shù)據(jù)管理解決方案,適用于線性、非線性、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、流固耦合和多剛體動力學(xué)等多個領(lǐng)域。www.altairhyperworks.com.cn

關(guān)于ProductDesign產(chǎn)品創(chuàng)新咨詢服務(wù)

Altair產(chǎn)品設(shè)計咨詢團隊(ProductDesign)是一個提供創(chuàng)新的、端對端解決方案的、全球性的多學(xué)科產(chǎn)品研發(fā)和工程咨詢團隊,向全球客戶提供全面的工程咨詢服務(wù),其設(shè)計方案能夠綜合產(chǎn)品可用性、適用性、高性能、多需求、低成本等多個方面的因素。通過領(lǐng)先的研發(fā)流程和豐富的行業(yè)經(jīng)驗,幫助客戶產(chǎn)品以更快的速度投向市場。www.altairproductdesign.com

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