[發(fā)明專利]一種誘導(dǎo)式吸能裝置設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910881256.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN110598341B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊冰;劉禹昕;陳書劍;繆得祥;肖守訥;陽光武;朱濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/23;B61F19/04;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發(fā)明提供了一種誘導(dǎo)式吸能裝置設(shè)計(jì)方法，屬于軌道交通車輛被動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域。包括步驟如下：第一步、結(jié)合有限元仿真，根據(jù)吸能量和穩(wěn)態(tài)力設(shè)計(jì)要求，確定吸能裝置的基礎(chǔ)參數(shù)，如吸能裝置的截面形狀、長度、所用材料等；第二步、根據(jù)設(shè)計(jì)出的吸能裝置的基礎(chǔ)參數(shù)，選擇誘導(dǎo)分布方式、結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)大小的范圍等因素；第三步、將各因素看成獨(dú)立變量，通過有限元仿真，開展正交性試驗(yàn)，對(duì)其誘導(dǎo)效果進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)這個(gè)方法可以快速方便地設(shè)計(jì)出滿足要求的吸能裝置，有效的降低初始碰撞峰值力，對(duì)軌道車輛吸能裝置的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軌道交通車輛被動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及列車端部的被動(dòng)安全技術(shù)。

背景技術(shù)

近年來隨著我國高速鐵路快速發(fā)展，對(duì)列車高速化和輕量化的要求也越來越高，在速度提高和質(zhì)量減少的同時(shí)列車的運(yùn)行安全性也越來越得到業(yè)界人士的高度關(guān)注，其中列車的被動(dòng)安全性能尤為關(guān)注。吸能防爬裝置是軌道列車被動(dòng)安全性中的重要部分，其主要作用是在機(jī)車車輛發(fā)生不可避免的碰撞時(shí)通過吸能防爬裝置吸收車端的碰撞能量，減少車輛沖擊，最大程度保護(hù)司乘人員和車上設(shè)備的安全，盡可能地減少碰撞事故帶來的損失。

壓潰結(jié)構(gòu)主要依靠壓潰管或者蜂窩結(jié)構(gòu)吸能，此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單加工容易，成本低。但在發(fā)生碰撞時(shí)，初始峰值力過大；吸收能量的時(shí)候穩(wěn)態(tài)力波動(dòng)較大，變形模式不確定，失穩(wěn)時(shí)會(huì)突然減小失去吸能能力。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有壓潰式吸能結(jié)構(gòu)各有優(yōu)勢(shì)和不足，最大的問題是克服阻抗力的能力、提高阻抗力平穩(wěn)性水平和穩(wěn)定的變形。本發(fā)明理論提供的一種用于軌道車輛的誘導(dǎo)式壓潰吸能裝置設(shè)計(jì)理論。通過分析各因素對(duì)壓潰管吸能效果的影響，排列出影響效果的程度大小和方案選擇，再通過有限元仿真軟件計(jì)算出各個(gè)方案，可以快速方便地開發(fā)出滿足要求的吸能裝置。這對(duì)軌道車輛吸能裝置的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種誘導(dǎo)式吸能裝置設(shè)計(jì)方法，它能有效地解決動(dòng)車車頭部位的第一級(jí)碰撞吸能的技術(shù)問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種誘導(dǎo)式吸能裝置設(shè)計(jì)方法，第一步、根據(jù)CRH系列動(dòng)車車頭的穩(wěn)態(tài)力應(yīng)保證2400kN且吸能量保證在1.68MJ的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合有限元仿真，確定吸能裝置的截面形狀、長度和材料；第二步、根據(jù)吸能裝置的基礎(chǔ)參數(shù)，選擇誘導(dǎo)分布方式、結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)大小的范圍；第三步、將截面形狀、長度和材料看成獨(dú)立變量，通過有限元仿真，開展正交性試驗(yàn)，對(duì)其誘導(dǎo)效果進(jìn)行優(yōu)化，降低峰值力，改善變形模式，選出最優(yōu)方案；具體設(shè)計(jì)步驟的順序描述如下：

(1)、為保證吸能裝置的吸能量能夠達(dá)到1.68MJ，根據(jù)具體邊界條件確定四個(gè)外徑分別為560mm、494mm、428mm、360mm，長度1000mm，壁厚2.5mm的吸能管；所述吸能管為同軸、等間距嵌套結(jié)構(gòu)，前端與防爬器內(nèi)側(cè)固定，尾端與安裝板內(nèi)側(cè)固定。

(2)、確定吸能管所用材料，根據(jù)比吸能最大原則，選取軌道車輛常用材料SUS301L-HT不銹鋼；

(3)、每個(gè)吸能管上的誘導(dǎo)變形孔沿圓周方向均布4個(gè)；

(4)、確定誘導(dǎo)方式為矩形誘導(dǎo)孔形式；

(5)、設(shè)定每個(gè)誘導(dǎo)孔的開孔長度范圍以角度表示18°～72°；

(6)、設(shè)定每個(gè)誘導(dǎo)孔的寬度范圍5mm～20mm；

(7)、設(shè)定每個(gè)吸能管的誘導(dǎo)孔距前端的距離范圍80mm～200mm；

(8)、根據(jù)這六個(gè)變量因素，設(shè)定評(píng)定吸能量/峰值力的目標(biāo)REAF，開展六因素4水平正交性試驗(yàn)仿真，選出REAF最大的方案即最優(yōu)方案；

(9)、確定每個(gè)誘導(dǎo)孔的開孔角度72°，寬度5mm；

(10)、確定每個(gè)吸能管上的誘導(dǎo)孔距的位置，由外到內(nèi)的吸能管上的誘導(dǎo)孔距前端分別為140mm、200mm、80mm、200mm。