地鐵列車(chē)吸能裝置吸能原理的仿真研究

1/1地鐵列車(chē)吸能裝置吸能原理的仿真研究摘要:利用顯式有限元軟件LS－DYNA建立了薄壁結(jié)構(gòu)軸向切割過(guò)程的三維有限元模型，對(duì)其吸能過(guò)程進(jìn)行了仿真，分析了刀具的數(shù)量、薄壁結(jié)構(gòu)的壁厚、外徑等對(duì)吸能特性的影響。

研究結(jié)果表明，薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量、界面力與刀具的數(shù)量、薄壁結(jié)構(gòu)的壁厚成正比，與薄壁結(jié)構(gòu)的外徑關(guān)系不大。

關(guān)鍵詞:地鐵列車(chē);吸能裝置;吸能原理;顯式有限元;軸向切割0引言現(xiàn)代城市軌道交通由于其客運(yùn)量大、快速、便捷、準(zhǔn)點(diǎn)等特點(diǎn)而越來(lái)越受到青睞。

我國(guó)的城市軌道交通起步雖晚，但近年來(lái)發(fā)展迅猛。

除了一些特大城市，許多省市級(jí)大中等城市以不同的形式開(kāi)始了城市軌道交通建設(shè)。

盡管地鐵列車(chē)在專(zhuān)有的軌道上運(yùn)行，發(fā)生碰撞事故的可能性要遠(yuǎn)小于其他交通運(yùn)輸工具。

然而，由于地鐵列車(chē)質(zhì)量大，速度較高，又主要運(yùn)行在人口密度較高的市區(qū)，且載客量大，若發(fā)生碰撞事故會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

因此，如何提高地鐵列車(chē)在碰撞事故中的被動(dòng)安全性就成為一個(gè)不可忽視的重要問(wèn)題。

這就需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用吸能裝置來(lái)吸收碰撞發(fā)生時(shí)列車(chē)的動(dòng)能。

本文提出一種新的碰撞能量耗散原理，即發(fā)生列車(chē)碰撞時(shí)，薄壁金屬構(gòu)件被刀具軸向切割，從而吸收列車(chē)的動(dòng)能，降低列車(chē)的減速度。

由于軸向切割薄壁金屬構(gòu)件時(shí)，其吸能特性與刀具的數(shù)量、構(gòu)件的壁厚、外徑等因素密切相關(guān)，因此本文將從這幾個(gè)方面進(jìn)行討論，找出薄壁結(jié)構(gòu)被軸向切割時(shí)的吸能規(guī)律。

1動(dòng)態(tài)仿真顯式有限元隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與有限元理論的發(fā)展，有限元技術(shù)已經(jīng)成為研究金屬切割過(guò)程的一個(gè)重要手段。

顯式時(shí)間積分適用于各種結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，如爆炸、碰撞和金屬加工成型等高度非線性問(wèn)題，它采用中心差分時(shí)間積分，其基本特點(diǎn)是不形成總體剛度矩陣，彈性項(xiàng)放在內(nèi)力中，避免了矩陣求逆。

這對(duì)非線性分析很重要，無(wú)須檢查收斂，是條件穩(wěn)定的。

金屬切割具有動(dòng)態(tài)性、大變形和高度非線性的特點(diǎn)。

因此運(yùn)用顯式有限元程序?qū)@一過(guò)程進(jìn)行分析模擬非常適合。

本文采用通用的非線性顯式動(dòng)力分析程序LS－DYNA仿真薄壁結(jié)構(gòu)的切割吸能過(guò)程。

2薄壁結(jié)構(gòu)材料動(dòng)態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)系選擇合適的材料模型是準(zhǔn)確模擬切割過(guò)程的關(guān)鍵。

本文選用LS－DYNA材料庫(kù)中的塑性隨動(dòng)應(yīng)變率相關(guān)材料模型模擬薄壁結(jié)構(gòu)。

該模型考慮了應(yīng)變率對(duì)材料屈服應(yīng)力的影響。

其屈服應(yīng)力的計(jì)算如下:其中P和C為應(yīng)變率影響常數(shù);應(yīng)變率定義為;當(dāng)前的屈服面半徑y(tǒng)為初始屈服強(qiáng)度0與應(yīng)變硬化強(qiáng)度增加值之和;為有效塑性應(yīng)變;塑性硬化模量為切線模量，=0時(shí)為隨動(dòng)硬化，當(dāng)=1時(shí)為等向硬化，0＜＜1時(shí)為同時(shí)考慮兩種硬化。

3顯式有限元分析模型的建立刀具采用硬質(zhì)合金，其硬度、強(qiáng)度遠(yuǎn)大于薄壁構(gòu)件。

用鋼體模擬，薄壁構(gòu)件材料為1018鋼，橫截面為圓形，管長(zhǎng)300mm。

本文分別模擬了不同壁厚、不同外徑的薄壁結(jié)構(gòu)被不同數(shù)量的刀具切割時(shí)的吸能特性。

薄壁結(jié)構(gòu)一端固定，另一端被刀具以恒定的速度沿軸向切割。

薄壁結(jié)構(gòu)的材料類(lèi)型為隨動(dòng)塑性材料(PlasticKinematic)。

單元類(lèi)型全部為單點(diǎn)積分實(shí)體單元。

有限元模型如圖1所示，(a)、(b)、(c)、(d)依次為二、四、六、八個(gè)刀具切割薄壁結(jié)構(gòu)的有限元模型。

4數(shù)值模擬結(jié)果及分析4．1薄壁結(jié)構(gòu)吸能特性與刀具數(shù)量的關(guān)系壁厚6mm，管長(zhǎng)300mm、外徑100mm，刀具數(shù)量分別為2、4、6、8個(gè)時(shí)，薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量如圖2所示，界面力－時(shí)間歷程如圖3所示。

薄壁結(jié)構(gòu)的吸能特性與刀具數(shù)量的關(guān)系如表1所示。

由表1可知，在壁厚、外徑、長(zhǎng)度相同的條件下，薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量、界面力峰值、界面力穩(wěn)定值都與刀具的數(shù)量成正比。

并且，刀具數(shù)量不同時(shí)，薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量比、界面力峰值比、界面力穩(wěn)定值比都近似等于刀具數(shù)量的比值。

4．2薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量與壁厚之間的關(guān)系刀具為2個(gè)，外徑100mm、管長(zhǎng)300mm、壁厚分別為6mm、8mm、10mm時(shí)，薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量如圖4所示，界面力－時(shí)間歷程如圖5所示。

薄壁結(jié)構(gòu)的吸能特性與壁厚的關(guān)系如表2所示。

由表2可知，在管長(zhǎng)、外徑、刀具數(shù)量相同的條件下，薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量大小、界面力的峰值和穩(wěn)定值都與壁厚成正比。

并且，壁厚不同時(shí)，薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量比、界面力峰值比、穩(wěn)定值比都近似等于壁厚的比值。

4．3薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量與內(nèi)徑之間的關(guān)系壁厚為6mm，刀具為2個(gè)，管長(zhǎng)300mm，內(nèi)徑分別為50mm、100mm時(shí)，薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量如圖6所示，界面力－時(shí)間歷程如圖7所示。

從圖6、圖7可以看出，相同條件下，不同外徑的薄壁結(jié)構(gòu)吸收的能量、界面力峰值和穩(wěn)定值基本相同。

5結(jié)論綜合以上分析，可以得出以下結(jié)論:薄壁結(jié)構(gòu)軸向切割吸能過(guò)程中吸收的能量、界面力與刀具的數(shù)量、薄壁結(jié)構(gòu)的壁厚成正比，與薄壁結(jié)構(gòu)的外徑關(guān)系不大。

三嚴(yán)三實(shí)開(kāi)展以來(lái)，我認(rèn)真學(xué)習(xí)了習(xí)近平總書(shū)記系列講話，研讀了中央、區(qū)、市、縣關(guān)于黨的群眾路線教育實(shí)踐活動(dòng)有關(guān)文件和資料。

我對(duì)個(gè)人四風(fēng)方面存在的問(wèn)題及原因進(jìn)行了認(rèn)真的反思、查擺和剖析，找出了自身存在的諸多差距和不足，理出了問(wèn)題存在的原因，明確了今后努力的方向和整改措施。

現(xiàn)將對(duì)照檢查情況報(bào)告如下，不妥之處，敬請(qǐng)各位領(lǐng)導(dǎo)和同志們批評(píng)指正。

一、存在的突出問(wèn)題一是學(xué)習(xí)深度廣度不夠。

學(xué)習(xí)上存在形式主義，學(xué)習(xí)的全面性和系統(tǒng)性不強(qiáng)，在抽時(shí)間和擠時(shí)間學(xué)習(xí)上還不夠自覺(jué)，致使自己的學(xué)習(xí)無(wú)論從廣度和深度上都有些欠缺。

學(xué)習(xí)制度堅(jiān)持的不好，客觀上強(qiáng)調(diào)工作忙、壓力大和事務(wù)多，有時(shí)不耐心、不耐煩、不耐久，實(shí)則是缺乏學(xué)習(xí)的鉆勁和恒心。

學(xué)用結(jié)合的關(guān)系處理的不夠好，寫(xiě)文章、搞材料有時(shí)上網(wǎng)拼湊，求全求美求好看，結(jié)合本單位和實(shí)際工作的實(shí)質(zhì)內(nèi)容少，實(shí)用性不強(qiáng)。

比如，每天對(duì)各級(jí)各類(lèi)報(bào)紙很少及時(shí)去閱讀。

因而，使自己的知識(shí)水平跟不上新形勢(shì)的需要，工作標(biāo)準(zhǔn)不高，唱功好，做功差，忽視了理論對(duì)實(shí)際工作的指導(dǎo)作用。

二是服務(wù)不深入不主動(dòng)。

工作上有時(shí)習(xí)慣于按部就班，習(xí)慣于常規(guī)思維，習(xí)慣于憑老觀念想新問(wèn)題，在統(tǒng)籌全局、分工協(xié)作、圍繞中心、協(xié)調(diào)方方面面上還不夠好。

存在著為領(lǐng)導(dǎo)服務(wù)、為基層服務(wù)不夠到位的問(wèn)題，參謀和助手作用發(fā)揮得不夠充分。

比如，到鄉(xiāng)鎮(zhèn)、部門(mén)、企業(yè)了解情況，有時(shí)浮皮潦草，不夠全面系統(tǒng)。

與基層群眾談心交流少，沒(méi)有真正深入到群眾當(dāng)中了解一線情況，掌握的第一手資料不全不深，書(shū)到用時(shí)方恨少，不能為領(lǐng)導(dǎo)決策提供更好的服務(wù)。

三是工作執(zhí)行力不強(qiáng)。

日常工作中與辦公室同志談心談話少，對(duì)干部思想狀態(tài)了解不深，疏于管理。

辦公室雖然制定出臺(tái)了公文辦理、工作守則等規(guī)章制度，但執(zhí)行的意識(shí)不強(qiáng)，有時(shí)流于形式。

比如，辦公場(chǎng)所禁止吸煙，這一點(diǎn)我沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行，有時(shí)還在辦公室吸煙。

四是工作創(chuàng)新力不高。

有時(shí)工作上習(xí)慣于照貓畫(huà)虎，工作只求過(guò)得去、不求過(guò)得硬，存在著求穩(wěn)怕亂的思想和患得患失心理，導(dǎo)致工作上不能完全放開(kāi)手腳、甩開(kāi)膀子去干，缺少一種敢于負(fù)責(zé)的擔(dān)當(dāng)和氣魄。

比如，做協(xié)調(diào)工作，有時(shí)真成了傳話筒和二傳手，只傳達(dá)領(lǐng)導(dǎo)交辦的事項(xiàng)，缺乏與有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和同志共同商討如何把事情做得更好，創(chuàng)造性地開(kāi)展工作。

五是深入基層調(diào)查研究不夠。

工作中，有時(shí)忙于具體事務(wù)，到基層一線調(diào)研不多，針對(duì)性不強(qiáng)，有時(shí)為了完成任務(wù)而調(diào)研，多了一些官氣、少了一些士氣。

往往是聽(tīng)匯報(bào)的多，直接傾聽(tīng)群眾意見(jiàn)的少；了解面上情況多，發(fā)現(xiàn)深層次問(wèn)題少。

比如，對(duì)縣委提出的用三分之一時(shí)間下基層搞調(diào)研活動(dòng)，在實(shí)際工作中卻沒(méi)有做到。

即使下基層，有時(shí)也是走馬觀花，蜻蜓點(diǎn)水，讓看什么看什么，讓聽(tīng)什么聽(tīng)什么。

在基層幫扶工作上，有時(shí)只注重出謀劃策，抓落實(shí)、抓具體的少，對(duì)群眾身邊的一些小事情、小問(wèn)題關(guān)心少、關(guān)注不夠。

六是主觀能動(dòng)性發(fā)揮不夠。

自認(rèn)為在辦公室工作多年，已經(jīng)能夠勝任工作，有自滿情緒，缺乏俯下身子、虛心請(qǐng)教、不恥下問(wèn)的態(tài)度。

對(duì)待新問(wèn)題、新情況，習(xí)慣于根據(jù)簡(jiǎn)單經(jīng)驗(yàn)提出解決辦法，創(chuàng)新不足，主觀上存在滿足現(xiàn)狀，不思進(jìn)取思想，主觀能動(dòng)性發(fā)揮不夠。

七是對(duì)工作細(xì)節(jié)重視不夠。

作為辦公室負(fù)責(zé)人，存在抓大放小，不能做到知上、知下、知左、知右、知里、知外，有時(shí)在一些小的問(wèn)題上、細(xì)節(jié)上沒(méi)有做好，導(dǎo)致工作落實(shí)不到位，出現(xiàn)偏差。

八是工作效率不是很高。

面對(duì)比較繁重的工作任務(wù)，工作有時(shí)拈輕怕重、拖拉應(yīng)付、不夠認(rèn)真。

存在不推不動(dòng)、不夠主動(dòng)，推一推動(dòng)一動(dòng)、有些被動(dòng)。

比如，文稿材料的撰寫(xiě)，有時(shí)東拼西湊、生搬硬套、缺乏深入思考。

有時(shí)也存在著推諉扯皮現(xiàn)象，不能及時(shí)完成，質(zhì)量也難以保證。

對(duì)于領(lǐng)導(dǎo)交辦的事項(xiàng)，有時(shí)跟蹤、督導(dǎo)的不夠，不能及時(shí)協(xié)調(diào)辦理，缺乏應(yīng)有的緊迫感，缺乏開(kāi)拓創(chuàng)新精神，致使工作效率不高。

二、產(chǎn)生問(wèn)題的原因分析認(rèn)真反思和深刻剖析自身存在的問(wèn)題與不足，主要是自己沒(méi)有加強(qiáng)世界觀、人生觀、價(jià)值觀的改造，不注重提高自身修養(yǎng)，同時(shí)受社會(huì)不良風(fēng)氣的影響，在具體應(yīng)對(duì)上沒(méi)有很好地把握自己，礙于情面隨波逐流。

產(chǎn)生問(wèn)題的原因主要有以下幾方面。

（一）自身放松了政治理論學(xué)習(xí)。

對(duì)政治理論學(xué)習(xí)的重要性認(rèn)識(shí)不足，重視程度不夠。

尤其是在處理工作與學(xué)習(xí)關(guān)系方面，把工作當(dāng)成硬任務(wù)，把學(xué)習(xí)當(dāng)作軟指標(biāo)，對(duì)政治理論學(xué)習(xí)投入的心思和精力不足，缺乏自覺(jué)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

（二）宗旨意識(shí)有所淡化。

由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作比較辛苦，從基層回到機(jī)關(guān)工作后，產(chǎn)生了松口氣的念頭，有時(shí)不自覺(jué)產(chǎn)生了優(yōu)越感和驕傲自滿的情緒。

聽(tīng)?wèi)T了來(lái)自各方面的贊譽(yù)之聲，深入基層少，對(duì)群眾的呼聲、疾苦、困難了解不夠，沒(méi)有樹(shù)立較強(qiáng)的大局意識(shí)和責(zé)任意識(shí)，使得自己有時(shí)會(huì)片面地認(rèn)為只要做好本職工作，完成領(lǐng)導(dǎo)交辦的任務(wù)就行了，而未能完全發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性，缺乏做好工作應(yīng)有的責(zé)任心和緊迫感。

（三）憂患意識(shí)不強(qiáng)。

只是片面看到了自身工作生活環(huán)境的變化，吃苦耐勞的精神有些缺乏，開(kāi)拓進(jìn)取、奮發(fā)有為、敢于沖鋒、勇于擔(dān)當(dāng)?shù)匿J氣有所弱化。

有做太平官的意識(shí)，身處領(lǐng)導(dǎo)崗位，求新、求發(fā)展意識(shí)薄弱，表率作用發(fā)揮得不夠好，忽視了工作的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

（四）勤政廉潔意識(shí)有所弱化。

隨著自身經(jīng)濟(jì)條件的改善，降低了約束標(biāo)準(zhǔn)，勤儉節(jié)約的傳統(tǒng)美德有些淡化，對(duì)奢靡之風(fēng)的極端危害性認(rèn)識(shí)不足，沒(méi)有引起高度重視。

誠(chéng)然，造成自身存在問(wèn)題的原因遠(yuǎn)不止這些，還有很多，如自身的固化思維方式，缺乏居安思危的深層次思考等。

三、今后的努力方向和改進(jìn)措施查擺問(wèn)題，剖析根源，關(guān)鍵在于洗澡治病、解決問(wèn)題。

本人決心從黨性原則出發(fā)，端正態(tài)度、認(rèn)真對(duì)待，在今后的工作中采取強(qiáng)有力措施，立行立改，取得實(shí)效。

（一）求真務(wù)實(shí)辦公室主任作為承上啟下、協(xié)調(diào)全局、溝通內(nèi)外的重要角色，要立足發(fā)展、改革的新形勢(shì)、新情況，以務(wù)實(shí)的作風(fēng)和良好的品質(zhì)做出表率。

一是增強(qiáng)大局意識(shí)。

要站在全局高度想問(wèn)題，立足本職崗位做工作。

要注重?fù)Q位思考，真正做到想領(lǐng)導(dǎo)之所想、謀領(lǐng)導(dǎo)之所謀，及早提出比較成熟的意見(jiàn)和建議，供領(lǐng)導(dǎo)決策參考。

要善于從紛繁復(fù)雜的事務(wù)性工作中解脫出來(lái)，理清思路，明確目標(biāo)，發(fā)揮自己應(yīng)有的作用。

二是增強(qiáng)超前意識(shí)。

要認(rèn)真研究領(lǐng)會(huì)組織意圖和領(lǐng)導(dǎo)思路，圍繞領(lǐng)導(dǎo)關(guān)心的重大問(wèn)題進(jìn)行廣泛深入的調(diào)查研究，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供真實(shí)情況和可靠依據(jù)。

要廣泛搜集資料，研究各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、機(jī)關(guān)單位的新情況、新經(jīng)驗(yàn)、新做法，借他山之石來(lái)攻玉，為領(lǐng)導(dǎo)提出決策預(yù)案。

因此，在想問(wèn)題、辦事情時(shí)，要趕前不趕后，盡可能早半拍、快半拍，提高敏感性，增強(qiáng)主動(dòng)性。

唯其如此，才能變被動(dòng)為主動(dòng)，參謀才能參在點(diǎn)子上，助手才能助到關(guān)鍵處。

三是增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)。

要強(qiáng)化服務(wù)理念，做深、做透、做好服務(wù)工作；要以協(xié)調(diào)、配合作為服務(wù)的主要手段和方法，做到服務(wù)不越位；要圍繞解決難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題開(kāi)展服務(wù)，切實(shí)通過(guò)服務(wù)和協(xié)調(diào)把大家普遍關(guān)心、關(guān)注的熱點(diǎn)焦點(diǎn)問(wèn)題解決好，以實(shí)際行動(dòng)取信于民。

（二）勤政為民辦公室既是貫徹落實(shí)縣委、政府決議的執(zhí)行部門(mén)，也是督促落實(shí)縣委、政府決議的監(jiān)督部門(mén)。

破除官僚主義，勤政為民應(yīng)當(dāng)做好四件事。

一是善于走進(jìn)群眾。

從群眾中來(lái)，到群眾中去，是黨的各項(xiàng)工作能夠取得成功的一大法寶。

開(kāi)展群眾路線教育活動(dòng)，破解官僚主義，依靠的依然是人民群眾。

工作中，要力戒高高在上