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高速列车金属/碳纤维混合摩擦吸能结构耐撞性设计及优化
1
作者
许平
舒安麒
+3 位作者
霍钰嘉
阳程星
郭维年
姚曙光
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第1期358-369,共12页
高速列车端部的吸能结构在碰撞事故中具有至关重要的作用,为保护乘客提供了最后的安全保障。在一般情况下,吸能结构通过其自身的塑性变形来耗散碰撞冲击能量,然而,这种方式可能导致试验研究的重复性较差,同时,也存在冲击力不稳定性问题...
高速列车端部的吸能结构在碰撞事故中具有至关重要的作用,为保护乘客提供了最后的安全保障。在一般情况下,吸能结构通过其自身的塑性变形来耗散碰撞冲击能量,然而,这种方式可能导致试验研究的重复性较差,同时,也存在冲击力不稳定性问题,为此,本文提出一种新型金属/碳纤维混合摩擦吸能结构(HFEAS),该结构由轴瓦、防爬装置、预紧螺栓、内管铁、摩擦板和摩擦金属/CFRP管组成。利用MM3000摩擦试验机测定样件摩擦因数,基于试验结果并结合复合材料的损伤特性,建立混合摩擦吸能结构的有限元模型,对有限元模型进行试验验证,研究不同结构参数对其耐撞性的影响。通过采用GRSM方法进行多目标优化,确定该新型摩擦吸能结构撞击力学参数的最优参数配置,并基于试验设计移动最小二乘法建立摩擦管直径D、螺栓预紧力F和钢铁层厚度t关于能量吸收(EA)、比能量吸收(SEA)和初始峰值(PCF)的响应面模型。采用多目标遗传算法对其力学参数进行优化,通过多目标优化的帕累托前沿得到该摩擦吸能结构的最优参数配置。研究结果表明:螺栓预紧力F对HFEAS的影响最大;当F从1 000 N增加到10 000 N时,峰值力增加了7倍,平台力增加了10倍。混合摩擦吸能结构将复合材料的轻量化与摩擦学特性相结合,为吸能结构的改进和发展提供了新的方向。
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关键词
轨道交通
耐撞性
摩擦吸能结构
碳钎维材料
多目标优化
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职称材料
题名
高速列车金属/碳纤维混合摩擦吸能结构耐撞性设计及优化
1
作者
许平
舒安麒
霍钰嘉
阳程星
郭维年
姚曙光
机构
中南大学轨道交通安全教育部重点实验室
中南大学交通运输工程学院
出处
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第1期358-369,共12页
基金
国家重点研发计划项目(2021YFB3703801)
国家自然科学基金资助项目(52302460)
+1 种基金
湖南省自然科学基金资助项目(2023JJ20074,2022JJ40619)
中国科协青年人才托举工程项目(2022QNRC001)。
文摘
高速列车端部的吸能结构在碰撞事故中具有至关重要的作用,为保护乘客提供了最后的安全保障。在一般情况下,吸能结构通过其自身的塑性变形来耗散碰撞冲击能量,然而,这种方式可能导致试验研究的重复性较差,同时,也存在冲击力不稳定性问题,为此,本文提出一种新型金属/碳纤维混合摩擦吸能结构(HFEAS),该结构由轴瓦、防爬装置、预紧螺栓、内管铁、摩擦板和摩擦金属/CFRP管组成。利用MM3000摩擦试验机测定样件摩擦因数,基于试验结果并结合复合材料的损伤特性,建立混合摩擦吸能结构的有限元模型,对有限元模型进行试验验证,研究不同结构参数对其耐撞性的影响。通过采用GRSM方法进行多目标优化,确定该新型摩擦吸能结构撞击力学参数的最优参数配置,并基于试验设计移动最小二乘法建立摩擦管直径D、螺栓预紧力F和钢铁层厚度t关于能量吸收(EA)、比能量吸收(SEA)和初始峰值(PCF)的响应面模型。采用多目标遗传算法对其力学参数进行优化,通过多目标优化的帕累托前沿得到该摩擦吸能结构的最优参数配置。研究结果表明:螺栓预紧力F对HFEAS的影响最大;当F从1 000 N增加到10 000 N时,峰值力增加了7倍,平台力增加了10倍。混合摩擦吸能结构将复合材料的轻量化与摩擦学特性相结合,为吸能结构的改进和发展提供了新的方向。
关键词
轨道交通
耐撞性
摩擦吸能结构
碳钎维材料
多目标优化
Keywords
rail transit
crash resistance
frictional energy absorbing structure
CFRP
multi-objective optimization
分类号
U270 [机械工程—车辆工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
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1
高速列车金属/碳纤维混合摩擦吸能结构耐撞性设计及优化
许平
舒安麒
霍钰嘉
阳程星
郭维年
姚曙光
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025
0
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职称材料
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