列車碰撞動力學關鍵問題研究.pdf

1、為了解決列車碰撞過程中的非線性問題，本文構建了列車碰撞動力學理論框架，深入地研究了車體材料非線性問題、非線性振動系統(tǒng)的時間積分算法和列車碰撞動力學建模等方面的內容。
　　首先，闡述了列車碰撞動力學理論的框架，指出了列車碰撞動力學的研究范圍、研究內容和研究方法。歸納了列車碰撞動力學中可采用的車輛模型和軌道模型，根據運動方程的形式總結了方程的各種解法。
　　其次，針對車體材料的非線性問題，通過材料沖擊試驗得到了車體材料的動態(tài)應力

2、應變曲線?；贑owper-Symonds模型和Johnson-Cook模型，獲得了5083H111鋁合金、Q235鋼、Q345鋼和HC340/590DP雙相鋼的動態(tài)本構模型參數。研究了車體材料的應變率效應，分析了鋁合金應變率效應對吸能裝置的吸能影響。結果表明:5083H111鋁合金在低應變率時存在應變率弱化效應，在中低應變率范圍內存在先弱化再強化的特性;Q235鋼、Q345鋼和HC340/590DP雙相鋼在應變率增大時都表現(xiàn)出了明顯的

3、應變率敏感性;采用5083H111鋁合金制作的吸能結構實際吸收能量比按照準靜態(tài)應力應變曲線設計的吸能結構的吸能量小，應變率效應不可忽略。
　　然后，基于加速度假設和泰勒展開公式，提出了最高具有二階精度的修正雙步長顯式法和加速度顯式法。通過歸納法，進一步提出了具有三階甚至更高階精度的廣義多步顯式法。對提出的時間積分算法進行了穩(wěn)定性、數值耗散、數值色散和精度分析。結果表明:修正雙步長顯式法和加速度顯式法(α=1，β=γ)在無阻尼系統(tǒng)中

4、的穩(wěn)定區(qū)間為△t∈(0，2/ω)，具有臨界穩(wěn)定特性;穩(wěn)定區(qū)間隨著阻尼比的增大而減小，廣義多步顯式法也具有相似的穩(wěn)定性;提出的算法在無阻尼系統(tǒng)中具有相同的數值耗散和數值色散特性，即數值耗散為0，數值色散特性都與中心差分法相同;相比于其它算法，本文算法在非線性系統(tǒng)中的穩(wěn)定性更好，精度適中，而且計算速度和計算效率最高。
　　最后，建立了縱平面車輛-隨動軌道模型和三維車輛-隨動軌道模型，進一步地，通過鉤緩裝置模型和吸能防爬裝置模型的連接，

5、建立了完整的列車碰撞動力學模型。利用非線性車輛振動系統(tǒng)和車輛軌道模型，比較了不同算法對非線性振動響應的影響，研究了不同車輛模型和軌道模型對車輛碰撞響應的影響。通過列車碰撞動力學模型，深入研究了列車碰撞爬車現(xiàn)象、爬車臨界速度和影響爬車的車輛參數。研究結果表明:精細積分法和標準Runge-Kutta法(RK4)適用于自由度少且精度要求高的非線性車輛振動系統(tǒng);翟方法和修正雙步長顯式法適用于自由度數目龐大、要求計算效率高且精度適中的非線性車輛振

6、動系統(tǒng);當僅考慮車輛的縱向碰撞時，縱平面車輛-隨動軌道模型和三維車輛-隨動軌道模型在縱平面內的響應完全相同;車輪抬升量與速度的關系是非線性的，當碰撞速度遠低于爬車臨界速度時，車輪抬升量非常小，當碰撞速度接近爬車臨界速度時，車輪抬升量出現(xiàn)指數級增大;車輪抬升量分別隨著碰撞速度、碰撞質量和車體質心高度的增大而增大，隨著二系垂向剛度的增大而減小;碰撞速度對車輪抬升量的影響最大，碰撞質量和車體質心高度次之;列車碰撞過程中，主、被動列車的車體和鉤