“史上最貴車禍現(xiàn)場”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，場面令人窒息。不過不要擔(dān)心，這僅是一場碰撞試驗。近日，青島中車四方股份公司在76Km/h的高速下，進(jìn)行了列車實車車輛級對撞試驗。這是目前世界上高速列車最高速的車輛級碰撞試驗。

此次碰撞試驗結(jié)果：兩車司乘空間完整，吸能結(jié)構(gòu)變形可控、有序，無爬車現(xiàn)象。車輛防撞性能優(yōu)異，試驗進(jìn)一步驗證了高速列車吸能裝置的有效性。試驗的成功，標(biāo)志著中車四方在高速列車被動安全技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到世界先進(jìn)水平。

在世界高速列車領(lǐng)域，被動安全技術(shù)是一項技術(shù)“制高點”。所謂被動安全，就是當(dāng)列車發(fā)生意外碰撞時，通過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。這種實車對撞屬于車輛級碰撞，驗證級別高于歐洲EN15227碰撞標(biāo)準(zhǔn)要求，更接近車輛實際運(yùn)營工況。同時，76km/h的碰撞速度，也是目前世界上高速列車最高速的實車碰撞試驗速度。

看到這，大部分網(wǎng)友表示心疼錢，稱此次試驗為“史上最貴車禍現(xiàn)場”

有的網(wǎng)友則顯得“懂行”，表示這種昂貴的試驗肯定在之前反復(fù)進(jìn)行過大量CAE仿真測試，以保證物理試驗的一次性通過，節(jié)約成本。要知道一般實體碰撞試驗涉及到試驗數(shù)據(jù)的采集和處理，通常采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為電測量和光測量相結(jié)合的系統(tǒng)，實驗中要用到大量的傳感器和數(shù)臺高速攝像機(jī)，這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及試驗中采用的假人在試驗前都要進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)定，其試驗準(zhǔn)備工作是十分費時的。最重要的是碰撞試驗屬于破壞性試驗，所需費用確實非常非常的昂貴。

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、焊接處等部分對沖擊碰撞計算影響不大，故對此部分進(jìn)行模型簡化。

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，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。

撞擊剛性墻時牽引梁的變形情況

通過對列車碰撞的CAE仿真分析可知，原頭車結(jié)構(gòu)在碰撞發(fā)生時，沒有專門的吸能機(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。通過將牽引梁的主體部分由原來的方管結(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。

改進(jìn)后的牽引梁和吸能管

與試驗技術(shù)相比，CAE仿真技術(shù)能夠在新產(chǎn)品初期的設(shè)計階段就可對產(chǎn)品的安全性做出初步的評價，可盡早地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，從而極大地降低了開發(fā)的費用和縮短開發(fā)周期。同時CAE仿真技術(shù)的重復(fù)性好，存儲的信息量大，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)方案中能夠針對性的修改模型。當(dāng)然，采用CAE仿真并不意味著放棄試驗技術(shù)，計算機(jī)仿真模型的正確性最終要由試驗驗證。選擇元王CAE仿真應(yīng)用專家，為您的企業(yè)帶來無限可能！