[发明专利]一种诱导式吸能装置设计方法

说明书

本发明提供了一种诱导式吸能装置设计方法，属于轨道交通车辆被动安全技术领域。包括步骤如下：第一步、结合有限元仿真，根据吸能量和稳态力设计要求，确定吸能装置的基础参数，如吸能装置的截面形状、长度、所用材料等；第二步、根据设计出的吸能装置的基础参数，选择诱导分布方式、结构形式、结构大小的范围等因素；第三步、将各因素看成独立变量，通过有限元仿真，开展正交性试验，对其诱导效果进行优化。根据这个方法可以快速方便地设计出满足要求的吸能装置，有效的降低初始碰撞峰值力，对轨道车辆吸能装置的设计有一定的指导意义。

技术领域

本发明属于轨道交通车辆被动安全技术领域，涉及列车端部的被动安全技术。

背景技术

近年来随着我国高速铁路快速发展，对列车高速化和轻量化的要求也越来越高，在速度提高和质量减少的同时列车的运行安全性也越来越得到业界人士的高度关注，其中列车的被动安全性能尤为关注。吸能防爬装置是轨道列车被动安全性中的重要部分，其主要作用是在机车车辆发生不可避免的碰撞时通过吸能防爬装置吸收车端的碰撞能量，减少车辆冲击，最大程度保护司乘人员和车上设备的安全，尽可能地减少碰撞事故带来的损失。

压溃结构主要依靠压溃管或者蜂窝结构吸能，此结构简单加工容易，成本低。但在发生碰撞时，初始峰值力过大；吸收能量的时候稳态力波动较大，变形模式不确定，失稳时会突然减小失去吸能能力。

通过以上分析可以发现，现有压溃式吸能结构各有优势和不足，最大的问题是克服阻抗力的能力、提高阻抗力平稳性水平和稳定的变形。本发明理论提供的一种用于轨道车辆的诱导式压溃吸能装置设计理论。通过分析各因素对压溃管吸能效果的影响，排列出影响效果的程度大小和方案选择，再通过有限元仿真软件计算出各个方案，可以快速方便地开发出满足要求的吸能装置。这对轨道车辆吸能装置的设计有一定的指导意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种诱导式吸能装置设计方法，它能有效地解决动车车头部位的第一级碰撞吸能的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种诱导式吸能装置设计方法，第一步、根据CRH系列动车车头的稳态力应保证2400kN且吸能量保证在1.68MJ的设计设计要求，结合有限元仿真，确定吸能装置的截面形状、长度和材料；第二步、根据吸能装置的基础参数，选择诱导分布方式、结构形式、结构大小的范围；第三步、将截面形状、长度和材料看成独立变量，通过有限元仿真，开展正交性试验，对其诱导效果进行优化，降低峰值力，改善变形模式，选出最优方案；具体设计步骤的顺序描述如下：

(1)、为保证吸能装置的吸能量能够达到1.68MJ，根据具体边界条件确定四个外径分别为560mm、494mm、428mm、360mm，长度1000mm，壁厚2.5mm的吸能管；所述吸能管为同轴、等间距嵌套结构，前端与防爬器内侧固定，尾端与安装板内侧固定。

(2)、确定吸能管所用材料，根据比吸能最大原则，选取轨道车辆常用材料SUS301L-HT不锈钢；

(3)、每个吸能管上的诱导变形孔沿圆周方向均布4个；

(4)、确定诱导方式为矩形诱导孔形式；

(5)、设定每个诱导孔的开孔长度范围以角度表示18°～72°；

(6)、设定每个诱导孔的宽度范围5mm～20mm；

(7)、设定每个吸能管的诱导孔距前端的距离范围80mm～200mm；

(8)、根据这六个变量因素，设定评定吸能量/峰值力的目标REAF，开展六因素4水平正交性试验仿真，选出REAF最大的方案即最优方案；

(9)、确定每个诱导孔的开孔角度72°，宽度5mm；

(10)、确定每个吸能管上的诱导孔距的位置，由外到内的吸能管上的诱导孔距前端分别为140mm、200mm、80mm、200mm。