Моделирование процесса столкновения локомотива поезда с препятствием

[ConcursusMMX 4]

1. Моделируется процесс столкновения локомотива поезда с препятствием. В настоящее время большое количество аварий с участием поездов встречается при столкновении локомотива с препятствием: машиной, грузовым или легковым транспортом и различными другими объектами. При этом деформированию и разрушению подвергаются как препятствие, так и сам локомотив. Как правило, основной удар приходится на нижнюю часть поезда.

Цель моделирования - исследовать процесс столкновения поезда с препятствием с целью изучения основных зон деформирования поезда, работы демпферов и предложения по усовершенствованию конструкции элементов поезда с целью уменьшения силы удара и нанесению меньшего повреждения, как препятствию, так и самому поезду.

2. На рис.1 и рис.2 приведены сеточные модели локомотива и препятствия.

Рис. 1. Сеточные модели локомотива поезда и препятствия

Рис. 2. Сеточная модель локомотива поезда

3. Модель столкновения локомотива поезда с препятствием состояла из 4-х элементов: 1 – локомотив, 2 – препятствие, 3 – рельсы, 4 – земля (не приведена). Сеточная модель локомотива состояла из 50000 элементов в случае моделирования Shell элементами и 500000 элементов в случае моделирования Solid элементами. Сеточная модель состояла в первом случае из треугольных элементов, во втором случае из тетрадных элементов. Нанесение данной сетки не вызывает особой сложности. Недостатком такого вида сеток является их относительная жесткость, и невозможность использования массового скалирования для уменьшения времени расчета, но для предварительного расчета их использование вполне допустимо. Особый интерес вызывает непосредственно передняя панель локомотива и еe буферные элементы, которые прорисовываются с большей тщательностью и точностью, а также определение адекватных моделей материала, включая буферных элементов. При предварительных расчетах препятствие состояло в виде блока, состоящего из Solid элементов с заданными параметрами разрушения по максимальной деформации. Тип элементов на рельсах был определен как rigid (недеформируемые) shell элементы.

Выполнение решение осуществлялось в программе LS-DYNA. В первый момент времени на локомотив прикладывалась сила тяжести, и локомотив плавно опускался на рельсы. Для предотвращения динамических эффектов в момент опускания задавалось глобальное демпфирование всей модели. Далее на поезд прикладывалась скорость, которая отключалась в момент соприкосновения с препятствием для более адекватного поведения модели при столкновении.

В качестве модели препятствия может быть введена любая модель, например автомобиля и т.п.

Нужно сказать, что моделирование в программе ls-dyna дает весьма точные результаты и высокое сходство с практикой при условии правильного задания всех параметров движения и материалов.

4. Результаты решения приведена на рис. 3 и рис. 4.

Рис. 3. Анимация процесса столкновения локомотива поезда с препятствием

Рис. 4. Деформирование передней части локомотива в один из моментов времени (распределение по эффективным напряжениям)

5. Анализ результатов моделирования и последующее варьирование элементами конструкции передней части локомотива позволит подобрать наиболее оптимальные соотношения для уменьшения повреждения, как самого препятствия, так и локомотива поезда.

Утверждено ConcursusMMX

Конкурс-fsapr.zip

[UgAr0FF 2]

Меня интересует откуда взялось такое напряжение между боковыми стеклами (обвел на рисенке).

Куб с которым сталковается локомотив висит в воздухе (можно узнать массу куба и скорость столкновения, для более одекватной оценки напряженно-деформированного состояния)? Если да, то помоему это приемлемо только для "легких целей".

[a_schelyaev 366]

Тема сетки не раскрыта.

Сетка довльно таки спорная, т.к. если судить по картинкам, то по толщине стенки взят один элемент, который к тому же очень толстый, что не соответствует действительности.

Также непонятно как идет биение по деталям - там ведь разнопрочная конструкция - тележки одно, корпус другое, покупное оборудование и т.п.

В общем, ожидал большего читая название темы и немного погрустнел увидев внутренности.

[GOLF_stream 293]

Задачка, конечно, актуальная. Но результат на мой непрофессиональный взгляд, мягко говоря, неадекватен.

Во-первых, странно, что при всём видимом крэше, когда даже тележка отрывается от рельс, паровоз продолжает двигаться прямолинейно. Препятствие при этом смещается очень незначительно и паровоз проходит сквозь него, как сквозь картонную коробку.

В общем, мне кажется что-то не так.

[Борман 2 375]

Далее на поезд прикладывалась скорость, которая отключалась в момент соприкосновения с препятствием для более адекватного поведения модели при столкновении.

Какая то автоматика есть на этот счёт? Или у локомотива спереди кнопка какая-то..

[Di-mann 1 547]

Сын интересуется: Кто поставил мусорный бак на рельсы?

[GOLF_stream 293]

Кто поставил мусорный бак на рельсы?

Вот для чего нужна анонимность :)

[Di-mann 1 547]

Вот для чего нужна анонимность :)

Ну сын в конкурсе не участвует, да и на форуме незареген...

[GOLF_stream 293]

При чём здесь сын? Мусорный бак поставили на рельсы анонимно :)

[Борман 2 375]

Тема сетки не раскрыта.

Сетка довльно таки спорная, т.к. если судить по картинкам, то по толщине стенки взят один элемент, который к тому же очень толстый, что не соответствует действительности.

Также непонятно как идет биение по деталям - там ведь разнопрочная конструкция - тележки одно, корпус другое, покупное оборудование и т.п.

В общем, ожидал большего читая название темы и немного погрустнел увидев внутренности.

Ну в общем целиком согласен. Я, конечно, не специалист, но думаю можно было ограничится только фейсом локомотива (типа <noindex>http://fsapr2000.ru/index.php?autocom=gall...amp;img=100%22)</noindex>, и не тащить за ним еще несколко сотен тысяч элементов. Интересно, сделан ли на основании этого расчета какой-нибудь достоверный вывод? 3+

[sbe-base-ul 1]

1. Моделируется процесс столкновения локомотива поезда с препятствием.

Интересная работа. Хотелось бы видеть предложения по результатам моделирования. Оценка 5.

[Атан 460]

Работа интересная, но незакончена (что является преимуществом, ибо процесс познания бесконечен). Необходим (даже обязателен) расчёт столкновения с реальными препятствиями (которые, естественно, нужно моделировать). Вот тогда это интересно и не только для паровоза.

Думаю, что подобные расчёты давно применяют капиталисты...

[a_schelyaev 366]

Для начала необходима адекватная модель паровоза.

Буржуи краш-тесты давно проводят.

У нас пока нет. Статическое нагружение точно, колебания не встречал.

[vl 327]

Извините, топикстартер, но задача слабая. Хотя, конечно, конкурсабельна.

Если бы вы были в октябре прошлого года на конференции по LS-Dyna под Челябиинском, то видели бы наш доклад посвященный данной проблеме. К сожалению, из-за конфиденциальности не можем выложить его, только при личной встрече с удовольствием покажу. Тем не менее несколько замечаний

1. У вас в качестве препятствия какой-то левый бак. В то время как в европейских правилах есть стандарт, который четко описывает модель препятствия. Опять же, такую модель мы разрабатывали и валидировали в соответствии с правилами.

2. Ну а если учесть размеры элементов препятствия и их форму, то этот вообще ничему не соответствует - что вы в испытаниях будете использовать? Замучаетесь найти адекватное препятствие

3. В тех же правилах описаны скорости локомотива и условия испытаний и моделирования, разные расчетные случаи. У вас хоть что-то выполнялось? Скорее всего все взято с потолка.

4. Модель локомотива. Ну тут много что можно говорить. Начнем с мелочей.

5. Как моделировалась подвеска, тележка, колеса, демпферы? Масса локомотива и центры тяжестей валидированы? А как моделировались буфера? Судя по описанию все шелами или солидами, что абсолютно непригодно - разве можно корректно смоделировать ими работу буфера или подвески? А результат удара зависит даже от высоты положения - в тестах локомотив в локомотив она меняется до 40 мм, к примеру, и результаты уже иные, так как идет наезд локомотива сверху. Про буфера я и не говорю, в тестовых ударах они берут на себя 40% энергии (вроде, точно не помню), поэтому их характеристика просто критична для корректности модели.

6. Почему локомотив состоит элементов tria? Что у вас с точностью, с энергиями, а хаургласингом или приращенной массой? Бардак у вас из-за треугольников там, хотя графики было бы хорошо взглянуть. Я уж не говорю о диких размерах элементов. Там даже качественно неверный результат, не то что количественно.

7. Solid в модели локомотива? То есть, вся рама и внешние поверхности из солидов (и естественно тетра?)? Уж лучше треугольники.

8. Какая модель материала? Как учитывалась скорость деформаций? Откуда данные по материалам?

9. Очень жесткая модель локомотива, сильно неадекватна даже по статике, не то что по удару. критерии разрушения какие-то есть?

Это такой минимум вопросов исходя из минимума информации

К слову, у нас в модели локомотива было 400 тыс элементов, в ударах двух локомотивов друг в друга соответственно более 800 тыс.

Все эти вопросы имеют значение из-за высокой динамики процесса. И принципиально влияют на корректность результатов. А здесь же точность на уровне пружинок и сосредоточенных масс. Но для студенческой работы - отличный результат. В целом, 3 (это если спрашивают).

Я, конечно, не специалист, но думаю можно было ограничится только фейсом локомотива (типа <noindex>http://fsapr2000.ru/index.php?autocom=gall...amp;img=100%22)</noindex>, и не тащить за ним еще несколко сотен тысяч элементов.

тогда не учтется работы рамы вдоль длины по направлению удара. Из-за жесткости она сильно играет, причем так, что колеса выскакивают из колеи (а это тоже регламентируется правилами). Так что при расчете локомотива моделировать приходится все, что берет на себя энергию. Вот только вагон позволяется упростить. Вообще, исходя из постановки задачи, я подумал, что решается проблема безопасности бака, а не локомотива. модель локомотива слишком абстрактная.

[Борман 2 375]

тогда не учтется

Да это понятно... в любом случае для учета масс. инерц. характеристик можно было и загрубить сетку, а в "пристальном" месте - замельчить.

[vl 327]

Да это понятно... в любом случае для учета масс. инерц. характеристик можно было и загрубить сетку, а в "пристальном" месте - замельчить.

массово-инерционные хар-ки вытаскивали плотностью материала. А насчет пристальных мест - вот к примеру у нас куча проблем была сзади:

- в местах крепления всего того что сверху на раму крепится

- после удара вагона в зад

посередине - надстройки бьются друг об друга, плюс крепятся разные агрегаты (вот их как раз как правило массами и моделировали).

Так что сразу нелегко предусмотреть. Упрощения в основном шли как раз в надстройках, которые не интересны для моделирования. А вот рама - довольно подробно описывалась.

[Jolly 0]

Вообще прикольное моделирование!! 100 баллов!!

[Tako 0]

В целом, мне эта задача видится лишь как один из самых первых шагов в освоении LS-Dyna, фактически не несущая в себе результата.

Если по существу. Важно определится что именно считается и зачем.

1. Если интересует весь локомотив. Моделировать адекватное разрушение и деформирование локомотива очень сложно и в домашний условиях полагаю невозможно по причине отсутствия исходных данных, начиная от подробных чертежей и заканчивая характеристиками материалов, демпферов и пружин. К примеру, модель автомобиля для LS-Dyna можно для первого приближения найти в интернете, а вот данные по локомотиву даже работая по заказу РЖД от этого же РЖД фиг добудешь. Но в таком случае препятствие нужно делать хотя бы из ячеистого шелла, то есть куб моделируется пересекающимися слоями пластин с шагом в несколько элементов. И конечно без всякого разрушения.

2. Если интересует разрушение какого-то элемента на локомотиве, например какого-то фартука или обтекателя, фары и т.д., то подобную модель можно использовать при условии подробного моделирования интересующего элемента и его креплений на некоторую глубину. Но тогда и объект столкновения нужно делать соответствующим цели задачи. Например, обтекатель имеет смысл считать на столкновения с тушей животного например, а не с автомобилем. Конечно в таком случае материал и масса "туши" должны быть адекватные.

3. Если интересует объект столкновения, например это автомобиль, то он должен быть очень подробным и адекватным сам по себе. Тогда локомотив почти сойдет, кроме того что, зона контакта на локомотиве на глубину с пол-метра должна быть подробной и деформируемой.