MT-2型缓冲器结构及材料优化
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８ ０
铁 道 机 车 车 辆 工 人 第 ３期 ２ １ ０ ２年 ５月
Ｍｕ ＝｛ Ｉｂ ， ， ∈Ｒ ２ ｂ ，２ … ｂ ｝ｂ
ｓｔ ．． ｘ ｔ
、
０
８ｅ＋ ６≤ ａ≤ ９ｅ＋７
～
．
８ ０
设 计 研 究
文 章 编 号 ：０ ７— ０ ２ ２ １ ） ３— ０ ９—０ １ ０ ６ ４ （ ０２ Ｏ ０ ０ ３
铁道机车 车辆 工人 第 ３期 ２ １ ０ ２年 ５月
ＭＴ一２ 型 缓 冲 器 结 构 及 材 料 优 化
陈 一 萍 李 亚 波 李 庆 升 刘 为 亚
（ 南车 青 岛 四 方机 车 车 辆 股 份 有 限公 司 国 家工 程 实验 室 山 东 青 岛 ２ ６ １ ） ６ １ １
脚 本 文件 导入 ｉＩ Ｈ ＳＧ Ｔ后 ， 义优 化 目标 、 计 变量及 约 束条 件 ， 定 设 然后 采取 一 系列优 化
方案 来进行 优化 设计 。 关 键 词 ： 冲 器 ； 撞 分 析 ； 真 ； 化 设 计 缓 碰 仿 优
中图分 类号 ： ２ ０ ３ Ｕ ７ ．４
文献 标识 码 ： Ｂ
点 ， 以在 Ｖ Ｅ 模 块 中直接 搭建 ＭＴ一 可 Ｉｗ ２型缓 冲器
本次 计算 对撞 两缓 冲器 之 间 接触 设 置 为 ３ ３ 主 从 接 触 ， 中被 撞 的缓 冲器 为 ｓ ｖ ， 动 的缓 冲器 其 ｌ ｅ运 ａ 为 ｍ ｓ ｒ单个 缓 冲器 的接 触设 为 １ ａｔ ； ｅ ０ 自接触 。
图 １ 缓 冲 器 有 限 兀 模 型
－
图 ２ 被 撞 缓 冲 器 约 束 不 惹 图
体， 将材 料整 体简 化 设 为 一 个 复合 材 料 进 行 仿 真 模
拟 优化 ， 反求 其结 构 和材料 参数 。 基 于动 力学 软件 Ｐ Ｍ —Ｃ Ａ Ｈ 基 本 模 块 的特 Ａ ＲＳ
１ ２ 缓 冲 器 碰 撞 仿 真 结 果 分 析 ．
的 三维 实体 模 型 ， 用 Ｓ ＬＤ ５单 元 ， 元 大 小 设 选 Ｏ Ｉ４ 单
置 为 ０ ０ 材料 选 为 材 料 ３ 。Ｐ Ｍ —Ｃ Ａ Ｈ 中 ． ２ｍ， ７ Ａ Ｒ Ｓ
仿真 结果 如 图 ３所 示 ， 析 可 以看 出 ， 分 先是 缓 冲
度； 静止 缓 冲器尾 端表 面加 固支 约束 ， 既可 使模 型得
到简 化 ， 不 会 影 响 仿 真 结 果 的 准 确 性 ， 图 ２ 又 如
所示 。
１ 优 化 前 缓 冲 器 模 型 碰 撞 仿 真 分 析
１ １ 缓 冲器 碰撞 仿真 ．
由于 实 际 的缓 冲 器结 构 材 料 复 杂 ， 以建 立 模 难 型， 因此 将其 简 化为一 个 黑匣 子 问题 ， 状设 为 圆柱 形
运 用 多 体 动 力 学 仿 真 软 件 Ｐ Ｍ —Ｃ Ａ Ｈ 对 Ａ ＲＳ ＭＴ一 ２型重 载 货 车 缓 冲 器 进 行 了 冲 击 试 验 动 态 仿 真 分析 ， 目的是从 中求 得 碰 撞 接触 力 随 时 间变 化 的 曲线 ， 与实 际试 验数 据 曲线进 行 对 比分析 ， 已知 并 在 试 验碰撞 力 曲线 的 情 况 下 ， 优 化 软 件 反求 缓 冲器 用 的结构 和 材料 参 数 。具 体 实 例 为用 Ｐ Ｍ —Ｃ Ａ Ｈ Ａ Ｒ Ｓ 仿 真软件 搭 建 ＭＴ一２型重 载 货 车 缓 冲 器 的 虚 拟 样 机模 型 ， 冲击 速度 为 ３ｋ ／ 在 ｍ ｈ下进 行 冲击 的仿真 分
析， 并与 试验 结果 进行 对 比 ¨ 。
在 冲击试 验 中 ， 冲器 已装 车运 行 ， 缓 车体 的质量
对仿 真结 果影 响 比较 大 ， 但建 立 车 体 模 型 会 使 仿 真 模 型 过 于庞大 、 冗余 ， 因此 可 以将 车体 质量 以 ３ 质 ０ｔ
量块 的形 式加 在 缓 冲器 的尾端 ， 赋予 ３ｋ ｈ的初 速 ｍ／
器前 端结 构发 生 变 形 ， 约 在 ６ ｓ时 变形 达 到最 大 ０ｍ
两个 动 静缓 冲器 等效 模 型如 图 １所示 。 根 据 ＭＴ一２型缓 冲器 的特 点 ， 以采 用橡 胶 来 可 代替 弹簧 ， 即弹簧 的刚 度 和 阻 尼 ， 材 料 参 数 Ｍ ｌ 用 ｕ、
大 ， 后有 轻 微 回弹现 象 ， 至碰 撞结 束 。 此 直 将仿 真结 果 与试 验 数 据 曲线 （ 图 ４ 相 比较 ， 见 ） 可 以得 出该缓 冲器模 型 碰撞 所得 的碰 撞接 触力 随 时
Ｍｕ ２定 义橡 胶 的力 学性 能 ， 给定 Ｍｕ 、 ｕ ｌ Ｍ ２初 始值 ，
Ｍ ｕｌ＝ ９． ０ｅ＋６； ２ ＝ 一５． ４ ６７ ＋６。 Ｍｕ ０ ３ ｅ 收 稿 １ ：Ｏ １一ｌ ３期 ２ ｌ Ｏ一１ １ 作 者 简 介 ： 一 萍 （ ９ ４一） 女 ， 究 生 学 历 ， 习 研 究 员 ， 要 从 事 陈 １８ ， 研 实 主 轨道车辆试验与研发工作。
摘
一
要 ： 过 对 ＭＴ一 通 ２型 缓 冲 器进 行 碰 撞 模 拟 仿 真 研 究 ， 与 试 验 数 据 对 比 ． 出 了 并 提
种将碰 撞 软件 Ｐ ＡＭ—Ｃ Ａ Ｈ 和 多 学科 优化 软件 ｉＩ ＨＴ有机地 结 合在 一起 的优 化 Ｒ Ｓ ＳＧ
设 计 方法 ， 该方 法是 利 用 Ｐ Ｍ —Ｃ Ａ Ｈ软 件 的计 算 结 果 文件 生 成 一 个脚 本 文件 ， Ａ ＲＳ 把
间变 化 的曲线 、 值及 达 到 峰值 的时 刻 均 与试 验 曲 峰
线 有 差距 ， 因此 ， 下来 结合 ｉ Ｇ Ｔ优化 软件 ， 接 Ｓ Ｈ Ｉ 对所 设 计 的缓 冲器 模 型进行 优化 。
பைடு நூலகம்
２ 基 于 ｉＩ Ｓ ＧＨＴ软 件 的 缓 冲器 结 构 优 化
９
陈一 萍 李 亚 波 李 庆 升 等 Ｍ Ｔ一 ２型 缓 冲 器 结 构 及 材 料 优 化
铁 道 机 车 车 辆 工 人 第 ３期 ２ １ ０ ２年 ５月
Ｍｕ ＝｛ Ｉｂ ， ， ∈Ｒ ２ ｂ ，２ … ｂ ｝ｂ
ｓｔ ．． ｘ ｔ
、
０
８ｅ＋ ６≤ ａ≤ ９ｅ＋７
～
．
８ ０
设 计 研 究
文 章 编 号 ：０ ７— ０ ２ ２ １ ） ３— ０ ９—０ １ ０ ６ ４ （ ０２ Ｏ ０ ０ ３
铁道机车 车辆 工人 第 ３期 ２ １ ０ ２年 ５月
ＭＴ一２ 型 缓 冲 器 结 构 及 材 料 优 化
陈 一 萍 李 亚 波 李 庆 升 刘 为 亚
（ 南车 青 岛 四 方机 车 车 辆 股 份 有 限公 司 国 家工 程 实验 室 山 东 青 岛 ２ ６ １ ） ６ １ １
脚 本 文件 导入 ｉＩ Ｈ ＳＧ Ｔ后 ， 义优 化 目标 、 计 变量及 约 束条 件 ， 定 设 然后 采取 一 系列优 化
方案 来进行 优化 设计 。 关 键 词 ： 冲 器 ； 撞 分 析 ； 真 ； 化 设 计 缓 碰 仿 优
中图分 类号 ： ２ ０ ３ Ｕ ７ ．４
文献 标识 码 ： Ｂ
点 ， 以在 Ｖ Ｅ 模 块 中直接 搭建 ＭＴ一 可 Ｉｗ ２型缓 冲器
本次 计算 对撞 两缓 冲器 之 间 接触 设 置 为 ３ ３ 主 从 接 触 ， 中被 撞 的缓 冲器 为 ｓ ｖ ， 动 的缓 冲器 其 ｌ ｅ运 ａ 为 ｍ ｓ ｒ单个 缓 冲器 的接 触设 为 １ ａｔ ； ｅ ０ 自接触 。
图 １ 缓 冲 器 有 限 兀 模 型
－
图 ２ 被 撞 缓 冲 器 约 束 不 惹 图
体， 将材 料整 体简 化 设 为 一 个 复合 材 料 进 行 仿 真 模
拟 优化 ， 反求 其结 构 和材料 参数 。 基 于动 力学 软件 Ｐ Ｍ —Ｃ Ａ Ｈ 基 本 模 块 的特 Ａ ＲＳ
１ ２ 缓 冲 器 碰 撞 仿 真 结 果 分 析 ．
的 三维 实体 模 型 ， 用 Ｓ ＬＤ ５单 元 ， 元 大 小 设 选 Ｏ Ｉ４ 单
置 为 ０ ０ 材料 选 为 材 料 ３ 。Ｐ Ｍ —Ｃ Ａ Ｈ 中 ． ２ｍ， ７ Ａ Ｒ Ｓ
仿真 结果 如 图 ３所 示 ， 析 可 以看 出 ， 分 先是 缓 冲
度； 静止 缓 冲器尾 端表 面加 固支 约束 ， 既可 使模 型得
到简 化 ， 不 会 影 响 仿 真 结 果 的 准 确 性 ， 图 ２ 又 如
所示 。
１ 优 化 前 缓 冲 器 模 型 碰 撞 仿 真 分 析
１ １ 缓 冲器 碰撞 仿真 ．
由于 实 际 的缓 冲 器结 构 材 料 复 杂 ， 以建 立 模 难 型， 因此 将其 简 化为一 个 黑匣 子 问题 ， 状设 为 圆柱 形
运 用 多 体 动 力 学 仿 真 软 件 Ｐ Ｍ —Ｃ Ａ Ｈ 对 Ａ ＲＳ ＭＴ一 ２型重 载 货 车 缓 冲 器 进 行 了 冲 击 试 验 动 态 仿 真 分析 ， 目的是从 中求 得 碰 撞 接触 力 随 时 间变 化 的 曲线 ， 与实 际试 验数 据 曲线进 行 对 比分析 ， 已知 并 在 试 验碰撞 力 曲线 的 情 况 下 ， 优 化 软 件 反求 缓 冲器 用 的结构 和 材料 参 数 。具 体 实 例 为用 Ｐ Ｍ —Ｃ Ａ Ｈ Ａ Ｒ Ｓ 仿 真软件 搭 建 ＭＴ一２型重 载 货 车 缓 冲 器 的 虚 拟 样 机模 型 ， 冲击 速度 为 ３ｋ ／ 在 ｍ ｈ下进 行 冲击 的仿真 分
析， 并与 试验 结果 进行 对 比 ¨ 。
在 冲击试 验 中 ， 冲器 已装 车运 行 ， 缓 车体 的质量
对仿 真结 果影 响 比较 大 ， 但建 立 车 体 模 型 会 使 仿 真 模 型 过 于庞大 、 冗余 ， 因此 可 以将 车体 质量 以 ３ 质 ０ｔ
量块 的形 式加 在 缓 冲器 的尾端 ， 赋予 ３ｋ ｈ的初 速 ｍ／
器前 端结 构发 生 变 形 ， 约 在 ６ ｓ时 变形 达 到最 大 ０ｍ
两个 动 静缓 冲器 等效 模 型如 图 １所示 。 根 据 ＭＴ一２型缓 冲器 的特 点 ， 以采 用橡 胶 来 可 代替 弹簧 ， 即弹簧 的刚 度 和 阻 尼 ， 材 料 参 数 Ｍ ｌ 用 ｕ、
大 ， 后有 轻 微 回弹现 象 ， 至碰 撞结 束 。 此 直 将仿 真结 果 与试 验 数 据 曲线 （ 图 ４ 相 比较 ， 见 ） 可 以得 出该缓 冲器模 型 碰撞 所得 的碰 撞接 触力 随 时
Ｍｕ ２定 义橡 胶 的力 学性 能 ， 给定 Ｍｕ 、 ｕ ｌ Ｍ ２初 始值 ，
Ｍ ｕｌ＝ ９． ０ｅ＋６； ２ ＝ 一５． ４ ６７ ＋６。 Ｍｕ ０ ３ ｅ 收 稿 １ ：Ｏ １一ｌ ３期 ２ ｌ Ｏ一１ １ 作 者 简 介 ： 一 萍 （ ９ ４一） 女 ， 究 生 学 历 ， 习 研 究 员 ， 要 从 事 陈 １８ ， 研 实 主 轨道车辆试验与研发工作。
摘
一
要 ： 过 对 ＭＴ一 通 ２型 缓 冲 器进 行 碰 撞 模 拟 仿 真 研 究 ， 与 试 验 数 据 对 比 ． 出 了 并 提
种将碰 撞 软件 Ｐ ＡＭ—Ｃ Ａ Ｈ 和 多 学科 优化 软件 ｉＩ ＨＴ有机地 结 合在 一起 的优 化 Ｒ Ｓ ＳＧ
设 计 方法 ， 该方 法是 利 用 Ｐ Ｍ —Ｃ Ａ Ｈ软 件 的计 算 结 果 文件 生 成 一 个脚 本 文件 ， Ａ ＲＳ 把
间变 化 的曲线 、 值及 达 到 峰值 的时 刻 均 与试 验 曲 峰
线 有 差距 ， 因此 ， 下来 结合 ｉ Ｇ Ｔ优化 软件 ， 接 Ｓ Ｈ Ｉ 对所 设 计 的缓 冲器 模 型进行 优化 。
பைடு நூலகம்
２ 基 于 ｉＩ Ｓ ＧＨＴ软 件 的 缓 冲器 结 构 优 化
９
陈一 萍 李 亚 波 李 庆 升 等 Ｍ Ｔ一 ２型 缓 冲 器 结 构 及 材 料 优 化