切削吸能过程热固耦合分析及参数优化地研究

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1、原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：垂茎日期：垒业，_年旦月生日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时

2、授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。摘要城市轨道交通的发展对列车碰撞安全性提出了更高的要求，列车专用吸能装置可在碰撞发生的瞬间吸收大量冲击动能，保护乘员安全，因此成为碰撞安全性领域重点研究的课题。传统城轨车辆多采用压溃式吸能结构，而本文基于金属切削过程中会消耗大量动能的原理，对切削式吸能过程开展了深入的研究。鉴于已有研究成果均未考虑切削热对吸能过程的影响，本文采用Johnson—Cook材料模型，对切削吸能过程进行了完整的热固耦合研究，更加真实地模拟了整个吸能过程，撞击力曲线并未出现较大峰值，且力值十分平稳，说明

3、切削式吸能是一种比较理想的吸能模式。同时研究了吸能系统的温度变化情况，得到了热效应对动能耗散过程产生了重要影响的结论。本文还对热固耦合切削吸能的惯性效应及变截面特性加以研究，发现此种吸能方式不同于压溃式吸能，其惯性效应并不明显，即初始碰撞条件对吸能过程基本没有影响，而热效应则受速度影响十分显著。被切削工件的截面长度和宽度均与撞击力之间近似呈线性关系，对热学特性则几乎没有影响，根据拟合出的关系式，提出了“单位面积切削力”与“单位体积吸能量"的概念，在此基础上分析了刀具几何参数对吸能过程的影响，利用正交多项式回归方法得到了其具体影响模式，并结合国内典型地铁列车的碰撞性能要求，采用遗传算

4、法对刀具参数加以优化，获得了符合实际要求的切削参数。本文在数值仿真的研究基础上，总结出了城轨列车吸能装置的具体设计方法，并采用得到的最优切削参数首次设计了针对典型地铁列车的切削吸能装置，为这种新型吸能方式的具体应用打下了坚实的基础。本文所得成果对进一步深入研究切削式吸能过程及其工程应用具有重要的意义。关键词城轨列车，切削吸能过程，热固耦合，有限元法，优化ABSTRACTThedevelopmentofurbanrailtransitsethigherrequirementsforcollisionsecurity．Thespecialenergyabsorptiondeviceco

5、uldabsorbmostoftheimpactenergyatthemomentofcollisionandprotectthesafetyofpassengers．Therefore，ithasbecomeakeysubjectinthefieldofcollisionsafety．Traditionalurbanrailvehiclesusedmorecrushingenergyabsorptionstructurewhilecuttingenergy-absorbingprocesswasdeeplystudiedinthethesis，basedonthetheoryth

6、atalotofkineticenergycouldbeconsumedinthisprocess．Astheinfluenceofcuttingheathasnotbeentakenintoconsiderationintheexistingresearchresults，Johnson-Cookmaterialmodelwasusedtomakeacompletethermal—structurecoupledanalysisofthisenergy—absorbingprocessandtrulysimulatetheentireprocess．Theresultsshowe

7、dthatpeakvaluedidn’tappearintheimpactforcecurveandtheforcevaluekeptstableinthecalculationwhichprovedtheenergy-absorptionbycuttingwasanidealmode．Inaddition，thetemperaturechangeswerestudiedandleadtotheconclusionthatthethermaleffecthadanim