基于動態(tài)材料參數(shù)的壓潰管軸向力分析

劉 超 孟永帥 張晉偉 王起梁 吳 剛

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

高速動車組運(yùn)量大、速度快，發(fā)生碰撞事故時(shí)，除了依靠車體本身結(jié)構(gòu)變形吸能外，還需借助車鉤壓潰式吸能裝置和車端吸能結(jié)構(gòu)進(jìn)行吸能，以保證車內(nèi)生存空間[1]。因此，深入研究車鉤吸能裝置的結(jié)構(gòu)及性能，對提高列車運(yùn)行安全性具有重要意義。

下文以膨脹式壓潰吸能裝置(以下簡稱“壓潰管”)為研究對象，基于實(shí)測的變形管動態(tài)材料參數(shù)，對比分析壓潰管在不同壓縮速度、結(jié)構(gòu)參數(shù)情況下壓縮軸向力的變化規(guī)律，為車鉤吸能裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 壓潰管結(jié)構(gòu)

壓潰管結(jié)構(gòu)主要由牽引桿、鎖緊螺母、壓潰環(huán)、變形管、拉伸棒等部件組成(見圖1)。當(dāng)吸能裝置受到縱向撞擊，且撞擊力超過觸發(fā)力時(shí)，牽引桿沿拉伸棒擠壓變形管內(nèi)壁，致使變形管受力膨脹，從而通過變形管的塑性變形以及構(gòu)件之間的摩擦對碰撞能量進(jìn)行耗散[2]。在壓潰管的觸發(fā)動作過程中，變形管用來吸收沖擊能量，牽引桿、拉伸棒、鎖緊螺母用來保證壓潰管整體的穩(wěn)定性，確保壓潰管按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行變形吸能。

圖1 壓潰管結(jié)構(gòu)示意圖

壓潰管的壓縮軸向力與其結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，本文關(guān)注的結(jié)構(gòu)參數(shù)為變形管內(nèi)徑d、變形管壁厚b以及壓潰環(huán)與變形管之間的接觸角α。在變形管內(nèi)徑變化時(shí)，牽引桿外徑隨之變化，始終保持兩者的差值不變。

2 碰撞有限元模型

2.1 模型概況

采用顯式有限元法建立了壓潰管有限元模型，模型結(jié)構(gòu)及網(wǎng)格劃分如圖2所示，由變形管、拉伸棒、鎖緊螺母、壓潰環(huán)及牽引桿組成，各部件均采用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體恒應(yīng)力單元進(jìn)行劃分，變形管厚度方向保證3層網(wǎng)格單元。……