高速动车组车下设备舱底板抗砾石冲击性能计算

高速动车组车下设备舱底板抗砾石冲击性能计算

作者：禹文敏单永林李树海

来源：《中国科技博览》2015年第22期

[摘要]本文基于冲击动力学理论与方法，利用LS-DYNA动力学计算软件，模拟混凝土球以200km/h的冲击速度沿垂直方向冲向底板时，底板的变形情况，对动车组设备舱底板的抗冲击性能进行评估。

[关键词]冲击；设备舱底板；冲击动力学；抗冲击性能

中图分类号：TH411 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0319-01

1 引言

为了评估设备舱底板抗砾石冲击性能，本文采用混凝土球以200km/h的冲击速度沿垂直方向冲向底板时的工况，利用LS-DYNA计算并分析此工况下底板的变形情况，分析底板的抗冲击性能。

2 计算模型

2.1 本构模型

材料的本构关系模型是影响碰撞仿真结果准确性的关键因素之一，也成为近年来碰撞仿真研究的一个热点和难点。本次计算采用的是LS-DYNA3D中提供的与应变率相关的各向同性弹塑性材料，随动塑性（与应变率相关）

模型（Plastic Kinematic）。

应变率用Cowper-Symonds模型来考虑，屈服应力与应变率关系如下所示：

式中，—初始屈服应力；—应变率；—Cowper Symonds应变率参数；—有效塑性应变；是由给出的塑性硬化模量，为弹性模量，为塑性变形切线模量。应力—应变特性只能在一种温度下给定。

2.2 有限元模型

根据底板的结构特点，在Hypermesh中建立其有限元模型，如图1。

3 数值计算结果及工况分析

（1）数值仿真工况具体位置情况介绍

图2所示为底板数值仿真冲击点位置分布示意图。

（2）数值计算结果与分析

将底板对应的5种工况数值模拟计算结果记录于表2。表2的工况1、2和3可用来描述底板上冲击点在X轴上变化的规律，工况1、4和5则可用来描述底板上冲击点在Z轴上变化的规律（表1）。

将工况（1～3）结果绘制成图4，工况（1、4和5）结果绘制成图5。

2 结论

由图4及5可知，混凝土球高速冲击底板时，最危险位置仍在两条螺栓约束边的中间区域，即底板几何中心区域内。

参考文献

[1] 侯淑娟.薄壁构件的抗撞性优化设计[D].长沙：湖南大学，2007.