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城轨车辆切削式专用吸能装置研究

作　者: 汤礼鹏
导　师: 刘国伟
学　校: 中南大学
专　业: 交通设备与信息工程
关键词: 城轨车辆切削式专用吸能结构有限单元法数值计算
分类号: U270.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 15次
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内容摘要

立体化的轨道交通可以有效缓解日益恶化的城市交通问题。基于安全考虑,对城轨车辆进行碰撞安全性方面的研究,己成为世界上各国铁路部门的热门课题之一。作为耐冲击吸能车体中的重要一环,车体专用吸能装置可以在车辆发生碰撞的瞬间吸收大部分的冲击动能,实现对乘员的安全保护,因此得到了科研人员广泛的研究。本文在分析传统的城轨车辆压溃式专用吸能装置的基础上,根据金属切削过程中会消耗大量动能的原理,对切削式专用吸能装置进行了研究。利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了适用于城轨车辆的切削式专用吸能装置的有限元模型,并就刀具数量、切削深度两个因素对切削式吸能过程的吸能效果影响进行了详细分析。根据数值计算结果,提出了可以采用变化切削截面深度和在工件关键位置开设减荷槽等方法对切削力峰值进行控制,并设计了两种切削截面外形和三种减荷槽布置方式对切削式吸能装置在控制切削力峰值方面进行了有益探讨。与压溃式吸能装置相比,在相同工况下,两种吸能装置的力一时间曲线变化规律完全一致,这为切削式吸能装置的实车使用提供了理论支持；切削式吸能装置的初始切削力峰值更低；采用变化切削深度等方式可以很容易就对系统的能量吸收情况进行控制；通过在工件关键位置开设减荷槽可以明显降低该处的切削力峰值。本文的研究结果可为切削式吸能装置的进一步研究提供参考,为切削式专用吸能装置的应用提供指导。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 本课题研究背景与意义  9-12
    1.1.1 研究背景  9-11
    1.1.2 本课题研究的意义  11-12
  1.2 车体吸能结构研究现状  12-15
    1.2.1 国外车辆碰撞研究现状  12-13
    1.2.2 国内车辆碰撞研究现状  13-14
    1.2.3 金属切削研究现状  14-15
  1.3 本文研究内容和研究方法  15-17
    1.3.1 研究内容  15
    1.3.2 研究方法  15-17
第二章城轨车辆薄壁金属压溃式吸能结构  17-25
  2.1 薄壁矩形管吸能特性研究  17-19
  2.2 薄壁圆管吸能特性研究  19-21
  2.3 城轨车辆薄壁金属吸能结构研究  21-24
    2.3.1 专用吸能部件变形情况  22-23
    2.3.2 专用吸能部件能量吸收情况  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章城轨车辆切削式专用吸能装置数值计算模型  25-38
  3.1 金属切削过程中的现象及规律  26-28
    3.1.1 切削加工原理  26-27
    3.1.2 切削热的产生与耗散  27-28
  3.2 吸能装置刀具外形的确定  28-29
  3.3 吸能装置刀具及工件材料的选取  29-31
    3.3.1 刀具材料的选取  29-30
    3.3.2 工件材料的选取  30-31
  3.4 数值计算模型中关键参数的确定  31-37
    3.4.1 单元特性的定义  32-33
    3.4.2 材料模型的选用  33-34
    3.4.3 模型网格的控制  34-35
    3.4.5 接触算法的选取  35-36
    3.4.6 施加载荷、约束及求解控制  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章城轨车辆切削式专用吸能装置数值模拟  38-54
  4.1 刀具数量对吸能装置的影响分析  38-49
    4.1.1 单刀切削数值模拟  39-40
    4.1.2 双刀切削数值模拟  40-42
    4.1.3 三刀切削数值模拟  42-43
    4.1.4 四刀切削数值模拟  43-44
    4.1.5 五刀切削数值模拟  44-46
    4.1.6 六刀切削数值模拟  46-47
    4.1.7 刀具数量对切削效果的影响  47-49
  4.2 切削深度对吸能装置的影响分析  49-53
    4.2.1 3mm深度切削数值模拟  49-50
    4.2.2 4mm深度切削数值模拟  50-51
    4.2.3 切削深度对吸能效果的影响  51-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章切削式吸能装置控制切削力的研究  54-65
  5.1 截面外形对吸能装置的影响分析  54-59
    5.1.1 阶梯形截面切削数值模拟  55-57
    5.1.2 线性变化截面切削数值模拟  57-58
    5.1.3 三种截面外形的对比分析  58-59
  5.2 减荷槽对吸能装置的影响分析  59-63
    5.2.1 第一种减荷槽布置方式  60-61
    5.2.2 第二种减荷槽布置方式  61-62
    5.2.3 第三种减荷槽布置方式  62
    5.2.4 减荷槽布置方式对比分析  62-63
  5.3 本章小结  63-65
第六章总结  65-67
  6.1 研究工作总结  65-66
  6.2 建议和展望  66-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
硕士研究生期间参加的科研项目及发表的论文情况  73

城轨车辆切削式专用吸能装置研究

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