鋁合金薄壁元件的吸能特性分析

張永貴 于洋洋

(南車青島四方機車車輛股份有限公司 山東 青島 266111)

鋁合金薄壁元件的吸能特性分析

張永貴 于洋洋

(南車青島四方機車車輛股份有限公司 山東 青島 266111)

利用結(jié)構(gòu)非線性有限元計算程序LS-DYNA，對具有相同截面積，但不同形式的鋁合金薄壁元件進行軸向低速沖擊仿真計算，分析各種元件的吸能特性，獲得一種適用于軌道車輛前端大吸能量要求的吸能元件。

薄壁元件；截面形狀；變形模式；吸能特性

根據(jù)世界各國鐵路傷亡事故調(diào)查資料介紹，碰撞過程中車體產(chǎn)生的塑性大變形是導致乘員傷亡的主要原因之一[1-2]。因此，在提高機動車輛主動安全保護措施的前提下，改進車輛自身結(jié)構(gòu)，增加前端吸能部件，降低車輛乘客區(qū)的大塑性變形，對提高車輛運營安全性具有重要意義。

在車輛被動安全保護裝置設(shè)計中，薄壁金屬元件作為一種高強重比、高比吸能、低成本的吸能元件得到廣泛應用，但其材料多集中于碳鋼[3-5]。下面針對不同截面形式的鋁合金薄壁元件進行軸向壓潰仿真計算分析，以研究其吸能特性。

1 沖擊動力學基礎(chǔ)

采用拉格朗日(Lagrange)格式的連續(xù)介質(zhì)動力學控制方程組描述材料/結(jié)構(gòu)沖擊動力行為，不考慮熱傳導和熱源項時Lagrange形式的連續(xù)介質(zhì)動力學控制方程組的積分形式如下：

質(zhì)量守恒方程

(1)

動量守恒方程

(2)

能量守恒方程

(3)

其中：ρ—介質(zhì)密度；ρ0—介質(zhì)初始密度；v—介質(zhì)運動速度矢量；bi—作用于介質(zhì)單位質(zhì)量上的力；σ—介質(zhì)承受的應力張量；……