“史上最貴車禍現(xiàn)場(chǎng)”CAE仿真起什么作用？
“砰！”一聲沖天巨響！一輛列車以76km/h的高速撞向另一輛車頭。一瞬間車頭炸裂、煙霧漫天，場(chǎng)面令人窒息。不過(guò)不要擔(dān)心，這僅是一場(chǎng)碰撞試驗(yàn)。近日，青島中車四方股份公司在76Km/h的高速下，進(jìn)行了列車實(shí)車車輛級(jí)對(duì)撞試驗(yàn)。這是目前世界上高速列車最高速的車輛級(jí)碰撞試驗(yàn)。
此次碰撞試驗(yàn)結(jié)果：兩車司乘空間完整，吸能結(jié)構(gòu)變形可控、有序，無(wú)爬車現(xiàn)象。車輛防撞性能優(yōu)異，試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了高速列車吸能裝置的有效性。試驗(yàn)的成功，標(biāo)志著中車四方在高速列車被動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到世界先進(jìn)水平。
在世界高速列車領(lǐng)域，被動(dòng)安全技術(shù)是一項(xiàng)技術(shù)“制高點(diǎn)”。所謂被動(dòng)安全，就是當(dāng)列車發(fā)生意外碰撞時(shí)，通過(guò)車輛吸能裝置耗散撞擊能量，最大限度降低碰撞損傷，有效保護(hù)乘員安全。這種實(shí)車對(duì)撞屬于車輛級(jí)碰撞，驗(yàn)證級(jí)別高于歐洲EN15227碰撞標(biāo)準(zhǔn)要求，更接近車輛實(shí)際運(yùn)營(yíng)工況。同時(shí)，76km/h的碰撞速度，也是目前世界上高速列車最高速的實(shí)車碰撞試驗(yàn)速度。
看到這，大部分網(wǎng)友表示心疼錢，稱此次試驗(yàn)為“史上最貴車禍現(xiàn)場(chǎng)”
有的網(wǎng)友則顯得“懂行”，表示這種昂貴的試驗(yàn)肯定在之前反復(fù)進(jìn)行過(guò)大量CAE仿真測(cè)試，以保證物理試驗(yàn)的一次性通過(guò)，節(jié)約成本。要知道一般實(shí)體碰撞試驗(yàn)涉及到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，通常采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為電測(cè)量和光測(cè)量相結(jié)合的系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)中要用到大量的傳感器和數(shù)臺(tái)高速攝像機(jī)，這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及試驗(yàn)中采用的假人在試驗(yàn)前都要進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)定，其試驗(yàn)準(zhǔn)備工作是十分費(fèi)時(shí)的。最重要的是碰撞試驗(yàn)屬于破壞性試驗(yàn)，所需費(fèi)用確實(shí)非常非常的昂貴。
下面讓我們看看采用CAE仿真技術(shù)如何進(jìn)行列車碰撞分析的。
模型簡(jiǎn)化
列車一般由8節(jié)或16節(jié)車廂構(gòu)成，其中頭車的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，主要有車鉤、牽引梁、排障器、頭部蒙皮、車身三層板結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)筋、司機(jī)室等部分組成，其他諸如底架、門把手、焊接處等部分對(duì)沖擊碰撞計(jì)算影響不大，故對(duì)此部分進(jìn)行模型簡(jiǎn)化。
某列車頭車的有限元模型
車頭整體和局部碰撞仿真
通過(guò)CAE仿真模擬可以看到，撞擊變形主要集中在司機(jī)室前端的牽引梁區(qū)域和排障器部分，司機(jī)室的嚴(yán)重變形不利于人員的安全，底架和梁的彎曲變型也不利于能量的吸收。
頭車撞擊剛性墻的變形情況
從下圖可見(jiàn)，牽引梁的變形模式均是以整體屈曲為主，即在牽引梁的中部發(fā)生彎曲，隨著碰撞的速度的遞增，彎曲愈加明顯，還伴隨著前端出現(xiàn)一些局部的塑性變形。整體屈曲不利于緩沖沖擊力和吸收能量。
撞擊剛性墻時(shí)牽引梁的變形情況
通過(guò)對(duì)列車碰撞的CAE仿真分析可知，原頭車結(jié)構(gòu)在碰撞發(fā)生時(shí)，沒(méi)有專門的吸能機(jī)構(gòu)，主要撞擊部件牽引梁以彎曲變形為主，不利于能量的吸收和沖擊力的緩沖。通過(guò)將牽引梁的主體部分由原來(lái)的方管結(jié)構(gòu)改為圓角的方管，并在牽引梁的前端添加同樣結(jié)構(gòu)的吸能管使其與牽引梁共軸，頭車吸能量大幅提高，有效降低了碰撞后的風(fēng)險(xiǎn)。
改進(jìn)后的牽引梁和吸能管
與試驗(yàn)技術(shù)相比，CAE仿真技術(shù)能夠在新產(chǎn)品初期的設(shè)計(jì)階段就可對(duì)產(chǎn)品的安全性做出初步的評(píng)價(jià)，可盡早地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，從而極大地降低了開(kāi)發(fā)的費(fèi)用和縮短開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)CAE仿真技術(shù)的重復(fù)性好，存儲(chǔ)的信息量大，可以觀察其內(nèi)部零件的變型情況和應(yīng)力應(yīng)變分布情況，在改進(jìn)方案中能夠針對(duì)性的修改模型。當(dāng)然，采用CAE仿真并不意味著放棄試驗(yàn)技術(shù)，計(jì)算機(jī)仿真模型的正確性最終要由試驗(yàn)驗(yàn)證。選擇元王CAE仿真應(yīng)用專家，為您的企業(yè)帶來(lái)無(wú)限可能！
