專利名稱：列車能量分配快速分析方法
技術領域：
本發(fā)明涉及列車被動安全分析領域，具體為快速實現(xiàn)軌道客車設計前期車輛端部能量分配的方法。
背景技術：
隨著列車速度和運轉效率的提高，列車的運行過程中碰撞事故時有發(fā)生，也越發(fā)受到人們的關注，列車碰撞事故的發(fā)生不但威脅旅客的生命安全還會有巨大的經濟損失和信譽影響，隨著7. 23動車追尾事故和上海地鐵追尾事故發(fā)生說明即使采用了先進的信號、 調度管理和程序化管理等主動防護措施，列車的碰撞事故還是不可避免。因此，做好被動安全防護保護旅客的生命安全，減少經濟損失是值得我們深入研究的。
由于模型及計算機硬件條件限制，國內列車碰撞吸能分析多采用單節(jié)帶司機室車輛碰撞剛性墻進行前端吸能研究，反應車輛端部結構吸能情況，無法預測各車輛間吸能裝置的吸能狀況，國道客車設計前期能量分配計算多為美國OLEO公司壟斷，其利用自己內部開發(fā)軟件進行計算，這種合作方式帶來的弊端就是交流和信息反饋不及時，耽誤設計進度， 增加設計成本；國內軌道客車制造廠家仿真工程師也嘗試采用列車有限元編組模型進行仿真，同樣會帶來大量的計算時間，每次計算需要上百小時，加長設計周期，加大設計成本。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種基于LS-DYNA軟件平臺列車能量分配分析方法，快速實現(xiàn)軌道客車在不同速度不同狀態(tài)下發(fā)生碰撞時，車輛端部吸能裝置吸能狀態(tài)，指導設計進行優(yōu)化吸能結構，減少設計周期，為列車被動安全設計提供可靠的理論支持。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種列車能量分配快速分析方法，其特征在于包括下列步驟
(101)利用HYPERMESH軟件建立車體剛性模型、車鉤緩沖裝置模型、輪軌模型，輪軌模型包括車體重量信息、車體材料自由度狀態(tài)、模型單元信息、停放制動信息、運行輪軌 fn息；
(102)施加列車自重，包括運動列車和靜止列車的重力加速度；
(103)建立接觸關系，包括運動列車內部接觸、靜止列車內部接觸、運動列車與靜止列車接觸、輪軌接觸；
(104)定義運動列車初始碰撞速度；
(105)定義輸出信息；
(106)輸出計算文件提交LS-DYNA平臺計算；
(107)讀取計算結果信息，依據(jù)計算結果進行分析判斷，如果滿足設計要求，分析結束，否則返回(101)修改設計參數(shù)重新計算。
本發(fā)明提出的快速能量分配分析方法，其優(yōu)點如下
(1)快速實現(xiàn)能量分配分析，8小時內完成模型建立，10分鐘完成一次計算；
(2)獲取車鉤壓潰力與壓縮行程的關系，判斷碰撞力是否超出許用范圍；
(3)獲取車輛速度、加速度時間曲線，從而判斷列車是否碰撞吸能結束；
(4)獲取車鉤吸收能量、摩擦能，判斷列車是否滿足吸能要求；
(5)根據(jù)計算結果對輸入參數(shù)進行優(yōu)化、調整。


圖1是快速能量分配分析方法總體流程圖2全自動車鉤力學性能曲線圖3半永久車鉤(壓潰管200)力學性能曲線圖
圖4半永久車鉤(壓潰管400)力學性能曲線圖
圖5加速度曲線圖6列車車鉤及防爬器壓潰行程曲線圖7各車輛速度變化曲線圖8列車碰撞過程中位移曲線圖9列車碰撞過程吸收曲線圖。
具體實施方式
參照圖1，本發(fā)明方法包括下列步驟
101)模型建立
通過HYPERMESH軟件建立列車車體剛性模型，通過材料模型約束車體運動方向、 等效列車重量，只允許沿著車體縱向和垂向運動，通過非線性彈簧單元建立車鉤緩沖器、 壓潰管模型，通過彈簧材料力-行程曲線屬性驅動緩沖器、壓潰管的運動，建立輪軌等效模型，輪軌模型自由度狀態(tài)為全約束，輸入列車停放制動狀態(tài)或運動狀態(tài)的摩擦系數(shù)，檢查模型各項信息，完成列車模型建立。
6輛編組模型，動車重35噸，拖車重33噸，列車模型運動方式為只沿縱向自由度運動；軌道為剛性模型，自由度狀態(tài)為約束所有自由度，車輛與軌道間摩擦系數(shù)停放制動狀態(tài)為0. 12，運動狀態(tài)為0. 002 ；車鉤通過彈簧單元等效。
參照圖2，全自動車鉤力學性能曲線圖，其中，O-IlOmm為緩沖器壓潰行程，當緩沖器行程達到Iio時，壓潰力為690KN ；緩沖其行程不變，壓潰力繼續(xù)上升，當達到700KN時， 車鉤壓潰管開始動作，110-770mm為壓潰管行程，壓潰管以700KN恒定力壓潰，當壓潰行程達到770mm時，壓潰形成不變，壓潰力繼續(xù)升高；770-790mm為螺栓剪切行程，當達到800KN 時，剪切螺栓剪短；790-810mm為列車無接觸空走行程，壓潰力為OKN ；810-1410mm為防爬器壓潰管行程，壓潰力為740KN。
參照圖3，半永久車鉤(壓潰管為200的車鉤壓潰力與壓潰行程關系)力學性能曲線圖，其中O-IlOmm為緩沖器壓潰行程，當緩沖器行程達到110時，壓潰力為690KN ；緩沖其行程不變，壓潰力繼續(xù)上升，當達到700KN時，車鉤壓潰管開始動作，110-310mm為壓潰管行程，壓潰管以700KN恒定力壓潰。
參照圖4，半永久車鉤(壓潰管為400的車鉤壓潰力與壓潰行程關系)力學性能曲線圖，其中O-IlOmm為緩沖器壓潰行程，當緩沖器行程達到110時，壓潰力為690KN ；緩沖其行程不變，壓潰力繼續(xù)上升，當達到700KN時，車鉤壓潰管開始動作，110-510mm為壓潰管行程，壓潰管以700KN恒定力壓潰。
列車編組模型如下
列車采用由兩個列車單元(Tc*_M*M)組成的4M2Tc 6輛編組列車，每個Tc*_M*M 為最小可動單元，當整列車解編為兩個Tc*-M*M最小可動單元時，每個I~C*-M*M單元可自動形成端車回路，Tc車可操控Tc*-M*M單元。即+ ^*-Μ*Μ*Μ*Μ*- ^+
+——全自動車鉤；
*——半永久牽引桿(壓潰管長200)；
*——半永久牽引桿(壓潰管長400)。
102)施加自重
參照圖5，通過重力加速度曲線，施加列車重力加速度在0-10秒內為9800mm/s2，， 保持列車在運動過程中始終有自重存在，用于定義列車運動或停放制動狀態(tài)列車的運動性能。
3)建立接觸
建立列車碰撞過程中各項接觸關系，包括運動列車內部接觸、靜止列車內部接觸、 運動列車與靜止列車在碰撞過程中接觸、輪軌停放制動接觸和運行接觸。
4)定義初始速度
用于定義運動列車的初始狀態(tài)，根據(jù)碰撞標準要求，定義運動列車初始速度為25 公里/小時；
5)定義輸出信息
設置列車碰撞終止時間為2秒，碰撞輸出步長0. 01秒，通過列車節(jié)點集合信息定義速度、加速度、位移信息，通過單元集合定義列車各斷面力-時間曲線、力-行程曲線，通過PART組定義各項能量輸出，見下表。
表5.1列車節(jié)點輸出信息
權利要求
1. 一種列車能量分配快速分析方法，其特征在于包括下列步驟(101)利用HYPERMESH軟件建立車體剛性模型、車鉤緩沖裝置模型、輪軌模型，輪軌模型包括車體重量信息、車體材料自由度狀態(tài)、模型單元信息、停放制動信息、運行輪軌信息；(102)施加列車自重，包括運動列車和靜止列車的重力加速度；(103)建立接觸關系，包括運動列車內部接觸、靜止列車內部接觸、運動列車與靜止列車接觸、輪軌接觸；(104)定義運動列車初始碰撞速度；(105)定義輸出信息；(106)輸出計算文件提交LS-DYNA平臺計算；(107)讀取計算結果信息，依據(jù)計算結果進行分析判斷，如果滿足設計要求，分析結束， 否則返回(101)修改設計參數(shù)重新計算。
全文摘要
一種列車能量分配快速分析方法，利用HYPERMESH軟件建立車體剛性模型、車鉤緩沖裝置模型、輪軌模型，輪軌模型包括車體重量信息、車體材料自由度狀態(tài)、模型單元信息、停放制動信息、運行輪軌信息；施加列車自重，包括運動列車和靜止列車的重力加速度；建立接觸關系，包括運動列車內部接觸、靜止列車內部接觸、運動列車與靜止列車接觸、輪軌接觸；定義運動列車初始碰撞速度；定義輸出信息；輸出計算文件提交LS-DYNA平臺計算；讀取計算結果信息，依據(jù)計算結果進行分析判斷，如果滿足設計要求，分析結束，否則返回(101)修改設計參數(shù)重新計算。本發(fā)明能快速實現(xiàn)能量分配分析，8小時內完成模型建立，10分鐘完成一次計算。
文檔編號G06F17/50GK102542102SQ20111042872
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權日2011年12月20日
發(fā)明者李本懷 申請人:長春軌道客車股份有限公司