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
简介：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.展开
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
在线出版日期：2025-03-05 （网站首发日期）
