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高速磁浮列车碰撞过程仿真

作　者: 王英琳
导　师: 田红旗
学　校: 中南大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 高速磁浮列车多体耦合碰撞吸能量数值仿真撞击特性
分类号: U266.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 72次
引　用: 2次
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内容摘要

高速磁浮列车是21世纪极具竞争力的非接触地面有轨交通工具,一旦发生碰撞事故,将造成车毁人亡的严重后果。为了保证行车安全,尽可能减小碰撞事故时财产与人员损失,必需对高速磁浮列车车体在撞击时的变形及运动规律进行深入研究。以高速磁浮列车单节车的车体结构为研究对象,基于具有沙漏粘性阻尼控制零能模式的增量方法理论,采用动力显式有限元软件LS-DYNA,分别建立了高速磁浮列车的端车、中间车的三维有限元模型,研究了不同速度下的端车、中间车与固定刚性墙的车体碰撞性能,得到端车、中间车车体在不同速度下的撞击力、位移、变形能等规律。根据高速磁浮列车单节车车体的撞击规律,以整列车为研究对象,基于多刚体和有限元混合算法理论,提出了高速磁浮列车多体耦合碰撞一维模型。采用MATLAB软件开发平台,编写了高速磁浮列车多体耦合碰撞过程数值仿真程序。通过对3种碰撞场景中高速磁浮列车各节车的撞击动态力学行为进行分析,得到了在不同碰撞场景下各节车的车体结构的撞击力、变形长度、变形能等与时间的关系。在上述工作基础上,研究了高速磁浮列车在不同撞击特性匹配模式下的碰撞过程,结果表明需要提高目前高速磁浮列车端车刚度的同时还要降低中间车的刚度,尽量使相邻车体的压缩纵向刚度相差不要太大,以防止车体结构变形过于集中。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 研究背景与意义  8-10
    1.1.1 工程背景  8-9
    1.1.2 研究意义  9-10
  1.2 磁浮列车碰撞研究内容  10-11
  1.3 碰撞研究方法  11-12
  1.4 论文主要研究内容  12-14
第二章单节车碰撞过程仿真  14-35
  2.1 结构碰撞控制方程  14-17
    2.1.1 物质描述  14-15
    2.1.2 守恒方程  15-16
    2.1.3 边界条件  16-17
  2.2 磁浮车辆结构  17-18
  2.3 磁浮列车有限元模型  18-22
    2.3.1 磁浮车辆材质  19
    2.3.2 模型网格密度控制  19-20
    2.3.3 模型沙漏控制  20-21
    2.3.4 有限元模型建立  21-22
  2.4 磁浮列车边界条件  22-25
    2.4.1 面力边界条件  22-23
    2.4.2 位移边界条件  23
    2.4.3 接触边界条件  23-25
  2.5 求解控制  25-27
    2.5.1 求解算法  25-26
    2.5.2 时步控制  26-27
  2.6 单节车与刚性墙碰撞仿真  27-34
    2.6.1 车辆中部载人区应力分析  27-30
    2.6.2 车辆特定速度碰撞综合分析  30-34
  2.7 本章小结  34-35
第三章磁浮列车多体耦合碰撞模型  35-46
  3.1 碰撞模型的提出  35-39
  3.2 多体耦合碰撞数值仿真程序  39-41
  3.3 碰撞模型参数设置  41-45
    3.3.1 单节车辆撞击特性曲线  42-43
    3.3.2 车钩力学特性曲线  43-44
    3.3.3 磁浮列车制动力  44-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章磁浮列车多体耦合碰撞过程仿真  46-58
  4.1 车辆碰撞考核指标  46-47
  4.2 碰撞场景1中磁浮列车碰撞过程仿真  47-49
    4.2.1 磁浮列车与石头对撞速度及变形分析  47-48
    4.2.2 磁浮列车与石头对撞加速度分析  48-49
  4.3 碰撞场景2中磁浮列车碰撞过程仿真  49-51
    4.3.1 磁浮列车与10吨公路汽车对撞速度分析  49-50
    4.3.2 磁浮列车与10吨公路汽车对撞能量分析  50-51
    4.3.3 磁浮列车与10吨公路汽车对撞加速度分析  51
  4.4 碰撞场景3中磁浮列车碰撞过程仿真  51-56
    4.4.1 磁浮列车对撞速度分析  52
    4.4.2 磁浮列车对撞能量分析  52-54
    4.4.3 磁浮列车对撞作用力分析  54
    4.4.4 磁浮列车对撞加速度分析  54-56
  4.5 本章小结  56-58
第五章磁浮列车撞击特性曲线匹配  58-66
  5.1 磁浮列车撞击特性曲线匹配模式  58-59
  5.2 碰撞场景2匹配模式研究  59-61
    5.2.1 不同匹配模式分析  59-60
    5.2.2 最优匹配模式研究  60-61
  5.3 碰撞场景3匹配模式研究  61-65
    5.3.1 不同匹配模式分析  61-63
    5.3.2 最优匹配模式研究  63-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章总结  66-68
  6.1 论文总结  66-67
  6.2 建议与展望  67-68
参考文献  68-74
致谢  74-75
硕士研究生期间参加的科研项目及发表的论文情况  75

高速磁浮列车碰撞过程仿真

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