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CAE仿真分析应用之船舶交通——元计算pFEPG

已有 3460 次阅读 2012-9-4 17:15 |个人分类:学习|系统分类:科研笔记| 高铁, 有限元, pFEPG, 元计算, CAE仿真分析

 
交通领域应用案例:
1、京沪高速列车动态模拟
    中国铁道科学院机车车辆研究所与中科院数学研究所合作研究高速火车的一个关键问题——供电弓网的接触计算,采用多柔体有限元方法,由pFEPG生成有关程序,实现了高速火车的动态模拟。
 

接触间隙                接触间隙

2、地铁用制动电阻的弹性热力耦合仿真分析
    地铁列车在电阻制动过程中,制动电阻器中的电阻片受到热应力作用而产生弹性变形。随着温度的升高变形增大造成相邻电阻片接触,制动电阻器报废。为采取合适方法抑制电阻片变形,必须了解电阻片在工作过程中温度场、位移场及应力场的分布情况,上海交通大学于建国、叶庆泰等:为分析地铁列车电制动过程中,制动电阻片表面温度场、位移场及应力场的分布,基于有限单元法,建立了三维热力耦合分析模型,并运用有限元软件进行了具体的求解计算,以回归得到了结构变形量与温度的关系曲线。在应力场的计算中引入了最小二乘法,从而以三次有限元计算求得温度场、位移场、应力场的耦合解,以改善计算精度。通过不同冷却条件下计算结果的比较,为制动电阻片采取合适的方法抑制变形提供了依据。
     
 
 
3、通风路基温度场对稳定性影响的三维数值分析
    部分青藏铁路和公路要穿越多年冻土地区,这要求设计部门和建设部门对路基热状况给予更大的关注。当地表的温度变化时,为了保护路基下的冻土,防止冻土退化产生的融沉而将使路面开裂,可以在路面下铺设通风管,为了了解通风路基的温度特性,为设计提供理论依据,中科院工程热物理所利用FEGE软件对通风路基温度场进行了三维有限元分析。考虑了单根管路基温度场的情况,较好的模拟了通风管对路基的制冷作用从而得到通风作用对其稳定性起到的效果。           
夏季路基温度分布图
 
冬季路基温度分布图
    计算结果表明在夏季通风管起的作用很明显,能有效的降低路基温度,防止冻土层退化,从而保障了路基的稳定,而冬季起的作用较小。
                            

4、pFEPG在长大货物列车再充气过程数值仿真

      中国铁道科学院机车车辆研究所与中科院数学研究所合作研究高速火车的一个关键问题——供电弓网的接触计算,采用多柔体有限元方法,由pFEPG生成有关程序,实现了高速火车的动态模拟。

                紧急制动后再充气特性曲线                                全制动后再充气特性曲线

5、铁路用柔性防护网的计算机仿真研究

      与铁科院合作利用显式有限元方法对铁路用柔性防护网进行计算机仿真研究。这里的柔性防护网是以钢丝绳为主要构成特征的栅栏式 SNS (safety netting system) 防护系统。 SNS 系统有主动系统和被动系统两大类。其中被动防护又称作柔性防护铁道车辆或汽车与柔性防护网的碰撞过程是一个材料非线性接触非线性的大变形过程。研究大变形碰撞的方法有理论研究,实物实验和数值仿真三种。 大变形碰撞研究的本身性质决定,数值仿真应成为主要的研究方法。
     本报告利用显示有限元技术研究柔性防护网的被动防护功能
  

                   碰撞后0.15s正视图                               碰撞后0.35s正视图

 

6、虚拟层合单元在稳定型悬索桥分析中的应用

      稳定型悬索桥本身的结构形式较为离散,桥梁的总体分析通常采用把结构简化为索、梁、板、杆组合结构,这种方法很难描述复杂桥梁结构的实际几何特性,特别是在变截面和有中空的区域,因此其结果往往不能反映桥梁的整体特性。而对于例如振动分析、桥型优化这类需要反复计算的问题,庞大的计算量使得在微机上计算时比较困难,且所消耗的机时也较长。根据浙江大学徐兴教授提出的“虚拟层合单元”及“虚拟层”的理论,构造出“虚拟层合单元”,借助有限元语言及pFEPG系统,开发了vbeam、vshen单元子程序,根据墨江桥的实际情况建立稳定型悬索桥模型,对于稳定型悬索桥的加劲梁横梁及纵向加劲梁板,采用虚拟层合单元模拟。最终计算得到桥的竖向位移、构件的内力及模态等并验证了程序的正确性。从而对稳定型悬索桥所做的静动力研究所得出的结论,对稳定型悬索桥的设计研究具有一定的意义和价值。

                    反对称布载竖向位移                                    模态分析-九阶竖向阵型



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