CN107798168A - 一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法 - Google Patents
一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107798168A CN107798168A CN201710859026.5A CN201710859026A CN107798168A CN 107798168 A CN107798168 A CN 107798168A CN 201710859026 A CN201710859026 A CN 201710859026A CN 107798168 A CN107798168 A CN 107798168A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- windshield
- high ferro
- discrete element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 230000009471 action Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000008676 import Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 37
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 27
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 22
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 15
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 14
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 10
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000011554 ferrofluid Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000009916 joint effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013316 zoning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/04—Ageing analysis or optimisation against ageing
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/06—Power analysis or power optimisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法，该模型包括高铁前挡玻璃风沙作用下流体、散体和固体三相耦合方法和高铁前挡玻璃风沙作用下寿命计算。包括步骤：1）通过流体计算软件CFD中模拟风场作用下的风压分布并输出并导入离散元与有限元耦合分析软件CDFP中；2）在离散元与有限元耦合分析软件CDFP中划分三维欧拉网格并输入风压；3）计算散体离散元颗粒在风场作用下的运动及在风场作用下与实体有限元的作用；4）选用通用的Archard磨损模型计算磨损量；根据磨损量对高铁使用寿命进行预测。本发明可近似地分析预测高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命，模型简单，计算量少，数据准确仿真度高。
Description
技术领域
本发明涉及流体、散体和固体三相耦合方法，尤其涉及一种脆性材料风沙作用下磨损及使用寿命预测方法，具体为一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法
背景技术
近年来，高速铁路因具有承载能力大、运行速度快、经济合理等优点在我国得到了快速的发展。但是，丝绸之路穿过大量的沙漠地带，沙漠地区大风环境下，车窗玻璃的沙粒冲击磨耗失效性能严重影响高铁行车安全。2014年12 月通车的兰新高速铁路，设计时速为300-350km/h，但当前运行时速只有 200-250公里/小时。该铁路绝大部分的线路处在干旱荒漠的风沙地带，在这些地区七、八级的大风是常有的事。时速五十公里左右的大风裹挟砂(直径 0.05-2mm)砾(直径大于2mm)、迎面冲击设计运行速度为350km/h的高铁前挡玻璃，将对驾驶人员乃至整个高铁乘客的生命安全构成重大的威胁。
研究表明，沙粒对玻璃的冲击磨损和破坏是造成前挡玻璃失效的主要原因，同时沙粒与前挡玻璃的相互作用还受到大风的强烈影响。显然，这是一个涉及固体、散体和流体相互作用的三相综合问题。但是目前为止，综合考虑上述三相材料共同影响，接近高铁行驶速度(350km/h)，考虑前挡玻璃沙粒磨耗性能的实验和仿真研究均未见公开报道。关于综合考虑流体、颗粒和固体三相材料相互影响的仿真分析方法也未见报道，大量的研究工作局限在两相水平。
本发明根据高铁前挡玻璃风沙作用下流体、散体和固体三相相互作用的特点，提出一种流体、散体和固体三相耦合仿真计算方法。模拟在流体、散体和固体三场耦合作用下玻璃破裂的过程，仿真模型复杂，导致计算量巨大，甚至完全不可能完成，为此提出一种通过有限次仿真分析计算近似地预测前挡玻璃的使用寿命的离散分析方法。仿真分析所需次数由网格更新磨损量和风沙工况两个影响因素确定。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法。该模型包括高铁前挡玻璃风沙作用下流体、散体和固体三相耦合方法和高铁前挡玻璃风沙作用下寿命预测计算。
本发明的具体的技术方案为：
一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法，该模型包括高铁前挡玻璃风沙作用下流体、散体和固体三相耦合和高铁前挡玻璃风沙作用下寿命计算，包括步骤：
1)通过流体计算软件CFD中模拟风场作用下的风压分布并输出并导入三相耦合分析软件CDFP中；
2)在离散元与有限元耦合分析软件CDFP中划分三维欧拉网格并输入风压；
3)计算散体离散元颗粒在风场作用下的运动及在风场作用下与实体有限元的作用；
4)选用通用的Archard磨损模型计算磨损量；根据磨损量对高铁使用寿命进行预测。
进一步地，所述的步骤2)具备包括：
将流体计算软件CFD稳态计算后的压力和梯度导入离散元与有限元耦合分析软件CDFP中三维欧拉网格的节点，根据流体计算公式添加离散元与有限元耦合分析软件CDFP流体计算功能，结合离散元与有限元耦合分析软件 CDFP中已有的离散元与有限元耦合功能，完成流体、散体和固体三相耦合。
进一步地，步骤3)中，所述计算散体离散元颗粒在风场作用下的运动的步骤具体包括：在离散元与有限元耦合分析软件CDFP中，根据网格节点处压力和梯度，经插值法计算网格内任一点的压力和梯度，结合离散元颗粒尺寸和所受重力，计算离散元颗粒加速度，进而更新离散元颗粒运动。
进一步地，步骤3)中，所述计算散体离散元颗粒在风场作用下离散元颗粒与实体单元的作用的步骤具体包括：
31)首先计算风场作用下离散元颗粒所受场力，即根据网格节点处压力和梯度，经差值计算网格内任一点的压力和梯度，计算该点处离散元颗粒所受场力，计算公式为：
式中，Fx、Fy、Fz分别为为x、y、z方向的场力，V为离散单元体积；
32)再由离散元与有限元耦合分析软件CDFP中的颗粒离散元与有限元的接触算法计算颗粒离散单元与有限元接触面间的接触压力，叠加场力、重力和接触压力计算总压力P，通过切向速度和时间步长计算颗粒离散单元在有限元接触面上的滑移量SL；
33)进而采用Archard磨损模型计算单元体积磨损量，计算公式为：
式中，k为磨损系数；H为接触区域的硬度；
34)将计算所得的单元体积磨损量，根据单元的形函数分配到该单元的各个节点，定义为节点磨损量，所述的形函数为当前时步计算开始和结束沙粒所运行路径的中点位置所对应自然坐标下的形函数。
进一步地，所述的根据磨损量对高铁使用寿命进行预测的步骤采用离散分析方法近似地预测前挡玻璃的使用寿命，即通过有限次的仿真分析计算前挡玻璃的使用寿命；所述仿真分析所需次数由网格更新磨损量和风沙工况两个影响因素确定；所述网格更新磨损量根据仿真精度要求人为设定。
进一步地，每次仿真分析计算后更新由钢化层离散的壳单元网格信息、节点厚度、积分点位置和积分点应力，其中，积分点应力由更新前积分点位置、积分点应力和更新后积分点位置差值计算。
进一步地，根据磨损量对高铁使用寿命进行预测的具体计算步骤具体包括：
41)在相同风沙工况下，高铁以速度v前行距离Ls，仿真计算这一过程中前挡玻璃模型钢化层壳单元磨损体积，并通过形函数分配得到各节点的磨损量 Wn，n为钢化层壳单元节点编号；在仿真模型建立时，考虑到前挡玻璃附近紊流区域的影响，实际的模拟区域Lr应为：
Lr＝Ls+2Lw (5)
式中Lw为紊流区域的长度；
以最大的节点磨损量Wmn及设定的网格更新磨损量W0，预测更新一次网格时高速列车的行驶距离Li：
与行驶距离Li对应的前挡玻璃模型中钢化层壳单元各节点的磨损量Wnt为：
根据各节点的磨损量Wnt更新前挡玻璃钢化层壳单元的网格，并将Wn置零，进行下一次仿真计算；
42)若在步骤41)中更新模型网格前，高速列车将经过不同的风沙工况，则需要在高速列车经历下一个工况前更新模型的网格，此时，公式(7)需更改为：
式中，Ld为单次仿真计算中列车行驶到临界工况界面的距离，此时，前挡玻璃模型网格更新时对应的行驶距离为Li＝Ld；
若高速列车在驶过Li(n+1)后的Ls段内仿真分析时发生破坏，此时，高速列车前挡玻璃的使用寿命，即行驶的总里程数Lt为：
式中，n为网格更新的次数。若需要更精确计算前挡玻璃在Li(n+1)中的行驶距离，可通过减少该路段中的网格更新磨损量W0来逼近。
相比现有技术，本发明根据高铁前挡玻璃风沙作用下流体、散体和固体三相相互作用的特点近似地分析预测高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命，模型简单，计算量少，数据准确仿真度高。
附图说明
图1为离散元沙粒在钢化层表面滑移示意图。
图2为相同工况下，单次仿真模型和高铁行驶距离概念图。
图3为高速列车前挡玻璃寿命估计方法示意图。
图4为高速列车前挡玻璃使用寿命计算的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1所示，一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法，该模型包括高铁前挡玻璃风沙作用下流体、散体和固体三相耦合和高铁前挡玻璃风沙作用下寿命计算，包括步骤：
1)通过流体计算软件CFD中模拟风场作用下的风压分布并输出并导入离散元与有限元耦合分析软件CDFP中，具体是通过流体计算软件CFD计算软件模拟风沙以一定速度，一定方向作用于高铁前挡玻璃下，模拟区域(包括计算区域和紊流区域)稳态下风压和梯度分布，输出欧拉网格节点处风压和梯度值导入离散元与有限元耦合分析软件CDFP；
2)在离散元与有限元耦合分析软件CDFP中划分三维欧拉网格并输入风压完成三相耦合；
3)计算散体离散元颗粒在风场作用下的运动及在风场作用下与实体有限元的作用；
4)选用通用的Archard磨损模型计算磨损量；根据磨损量对高铁使用寿命进行预测。
具体而言，所述的步骤2)具备包括：将流体计算软件CFD稳态计算后的压力和梯度导入离散元与有限元耦合分析软件CDFP中三维欧拉网格的节点，根据流体计算公式添加离散元与有限元耦合分析软件CDFP流体计算功能，结合离散元与有限元耦合分析软件CDFP中已有的离散元与有限元耦合功能，完成流体、散体和固体三相耦合。
具体而言，步骤3)中，所述计算散体离散元颗粒在风场作用下的运动的步骤具体包括：在离散元与有限元耦合分析软件CDFP中，根据网格节点处压力和梯度，经插值法计算网格内任一点的压力和梯度，结合离散元颗粒尺寸和所受重力，计算离散元颗粒加速度，进而更新离散元颗粒运动。
具体而言，步骤3)中，所述计算散体离散元颗粒在风场作用下离散元颗粒与实体单元的作用的步骤具体包括：
31)首先计算风场作用下离散元颗粒所受场力，即根据网格节点处压力和梯度，经差值计算网格内任一点的压力和梯度，计算该点处离散元颗粒所受场力，计算公式为：
式中，Fx、Fy、Fz分别为为x、y、z方向的场力，V为离散单元体积；
32)再由离散元与有限元耦合分析软件CDFP中的颗粒离散元与有限元的接触算法计算颗粒离散单元与有限元接触面间的接触压力，叠加场力、重力和接触压力计算总压力P，通过切向速度和时间步长计算颗粒离散单元在有限元接触面上的滑移量SL；
33)进而采用Archard磨损模型计算单元体积磨损量，计算公式为：
式中，k为磨损系数；H为接触区域的硬度；
34)将计算所得的单元体积磨损量，根据单元的形函数分配到该单元的各个节点，定义为节点磨损量，所述的形函数为当前时步计算开始和结束沙粒所运行路径的中点位置所对应自然坐标下的形函数，相对位置关系如图1所示。
具体而言，所述的根据磨损量对高铁使用寿命进行预测的步骤采用离散分析方法近似地预测前挡玻璃的使用寿命，即通过有限次的仿真分析计算前挡玻璃的使用寿命；所述仿真分析所需次数由网格更新磨损量和风沙工况两个影响因素确定；所述网格更新磨损量根据仿真精度要求人为设定。
具体而言，每次仿真分析计算后更新由钢化层离散的壳单元网格信息、节点厚度、积分点位置和积分点应力，其中，积分点应力由更新前积分点位置、积分点应力和更新后积分点位置差值计算。
具体而言，因为整个仿真分析系统均采用显式分析方法。由于计算量巨大，前挡玻璃在风沙冲击下磨损和破坏过程的全部仿真过程不可能实时实现。本发明方案中采用一种离散分析方法近似地预测前挡玻璃的使用寿命，即通过有限次的仿真分析计算前挡玻璃的使用寿命。仿真分析所需次数由两个影响因素确定，即网格更新磨损量和风沙工况。网格更新磨损量W0是人为设定的一个磨损值(可根据分析精度调整其大小)。根据磨损量对高铁使用寿命进行预测的具体计算步骤具体包括：
41)如图2所示，在相同风沙工况下，高铁以速度v前行距离Ls，仿真计算这一过程中前挡玻璃模型钢化层壳单元磨损体积，并通过形函数分配得到各节点的磨损量Wn，n为钢化层壳单元节点编号；在仿真模型建立时，考虑到前挡玻璃附近紊流区域的影响，实际的模拟区域Lr应为：
Lr＝Ls+2Lw (5)
式中Lw为紊流区域的长度；
以最大的节点磨损量Wmn及设定的网格更新磨损量W0，预测更新一次网格时高速列车的行驶距离Li：
与行驶距离Li对应的前挡玻璃模型中钢化层壳单元各节点的磨损量Wnt为：
根据各节点的磨损量Wnt更新前挡玻璃钢化层壳单元的网格，并将Wn置零，进行下一次仿真计算；
42)若在步骤41)中更新模型网格前，高速列车将经过不同的风沙工况，则需要在高速列车经历下一个工况前更新模型的网格，此时，公式(7)需更改为：
式中，Ld为单次仿真计算中列车行驶到临界工况界面的距离，此时，前挡玻璃模型网格更新时对应的行驶距离为Li＝Ld；
如图3所示，若高速列车在驶过Li(n+1)后的Ls段内仿真分析时发生破坏，此时，高速列车前挡玻璃的使用寿命，即行驶的总里程数Lt为：
式中，n为网格更新的次数，若需要更精确计算前挡玻璃在Li(n+1)中的行驶距离，可通过减少该路段中的网格更新磨损量W0来逼近。
所述离散元与有限元耦合分析软件CDFP全称为显式有限元与离散元耦合分析软件，登记号2011SR057163，软件为一款显式有限元与离散元耦合分析软件，完善至今，软件具备离散元计算功能，有限元计算功能，离散元与有限元耦合功能，具备非固有聚合模型破坏功能。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法，该模型包括高铁前挡玻璃风沙作用下流体、散体和固体三相耦合方法和高铁前挡玻璃风沙作用下寿命计算。包括步骤：
1)通过流体计算软件CFD中模拟风场作用下的风压分布并输出并导入离散元与有限元耦合分析软件CDFP中；
2)在离散元与有限元耦合分析软件CDFP中划分三维欧拉网格并输入风压；
3)计算散体离散元颗粒在风场作用下的运动及在风场作用下与实体有限元的作用；
4)选用通用的Archard磨损模型计算磨损量；根据磨损量对高铁使用寿命进行预测。
2.根据权利要求1所述的高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法，其特征在于，所述的步骤2)具备包括：
将流体计算软件CFD稳态计算后的压力和梯度导入离散元与有限元耦合分析软件CDFP中三维欧拉网格的节点，根据流体计算公式添加离散元与有限元耦合分析软件CDFP流体计算功能，结合离散元与有限元耦合分析软件CDFP中已有的离散元与有限元耦合功能，完成流体、散体和固体三相耦合。
3.根据权利要求1所述的高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法，其特征在于，步骤3)中，所述计算散体离散元颗粒在风场作用下的运动的步骤具体包括：在离散元与有限元耦合分析软件CDFP中，根据网格节点处压力和梯度，经插值法计算网格内任一点的压力和梯度，结合离散元颗粒尺寸和所受重力，计算离散元颗粒加速度，进而更新离散元颗粒运动。
4.根据权利要求1所述的高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法，其特征在于，步骤3)中，所述计算散体离散元颗粒在风场作用下离散元颗粒与实体单元的作用的步骤具体包括：
31)首先计算风场作用下离散元颗粒所受场力，即根据网格节点处压力和梯度，经差值计算网格内任一点的压力和梯度，计算该点处离散元颗粒所受场力，计算公式为：
<mrow>
<msub>
<mi>F</mi>
<mi>x</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>p</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>x</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mi>V</mi>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>F</mi>
<mi>y</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>p</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>y</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mi>V</mi>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>F</mi>
<mi>z</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>p</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>z</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mi>V</mi>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，Fx、Fy、Fz分别为为x、y、z方向的场力，V为离散单元体积；
32)再由离散元与有限元耦合分析软件CDFP中的颗粒离散元与有限元的接触算法计算颗粒离散单元与有限元接触面间的接触压力，叠加场力、重力和接触压力计算总压力P，通过切向速度和时间步长计算颗粒离散单元在有限元接触面上的滑移量SL；
33)进而采用Archard磨损模型计算单元体积磨损量，计算公式为：
<mrow>
<mi>W</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>kPS</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
</mrow>
<mi>H</mi>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，k为磨损系数；H为接触区域的硬度；
34)将计算所得的单元体积磨损量，根据单元的形函数分配到该单元的各个节点，定义为节点磨损量，所述的形函数为当前时步计算开始和结束沙粒所运行路径的中点位置所对应自然坐标下的形函数。
5.根据权利要求1所述的高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法，其特征在于，所述的根据磨损量对高铁使用寿命进行预测的步骤采用离散分析方法近似地预测前挡玻璃的使用寿命，即通过有限次的仿真分析计算前挡玻璃的使用寿命；所述仿真分析所需次数由网格更新磨损量和风沙工况两个影响因素确定；所述网格更新磨损量根据仿真精度要求人为设定。
6.根据权利要求5所述的高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法，其特征在于，每次仿真分析计算后更新由钢化层离散的壳单元网格信息、节点厚度、积分点位置和积分点应力，其中，积分点应力由更新前积分点位置、积分点应力和更新后积分点位置差值计算。
7.根据权利要求6所述的高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法，其特征在于，根据磨损量对高铁使用寿命进行预测的具体计算步骤具体包括：
41)在相同风沙工况下，高铁以速度v前行距离Ls，仿真计算这一过程中前挡玻璃模型钢化层壳单元磨损体积，并通过形函数分配得到各节点的磨损量Wn，n为钢化层壳单元节点编号；在仿真模型建立时，考虑到前挡玻璃附近紊流区域的影响，实际的模拟区域Lr应为：
Lr＝Ls+2Lw (5)
式中Lw为紊流区域的长度；
以最大的节点磨损量Wmn及设定的网格更新磨损量W0，预测更新一次网格时高速列车的行驶距离Li：
<mrow>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>W</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
<msub>
<mi>W</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>n</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>6</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
与行驶距离Li对应的前挡玻璃模型中钢化层壳单元各节点的磨损量Wnt为：
<mrow>
<msub>
<mi>W</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>W</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<msub>
<mi>W</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>n</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<msub>
<mi>W</mi>
<mi>n</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>7</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
根据各节点的磨损量Wnt更新前挡玻璃钢化层壳单元的网格，并将Wn置零，进行下一次仿真计算；
42)若在步骤41)中更新模型网格前，高速列车将经过不同的风沙工况，则需要在高速列车经历下一个工况前更新模型的网格，此时，公式(7)需更改为：
<mrow>
<msub>
<mi>W</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>d</mi>
</msub>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mfrac>
<msub>
<mi>W</mi>
<mi>n</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>8</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，Ld为单次仿真计算中列车行驶到临界工况界面的距离，此时，前挡玻璃模型网格更新时对应的行驶距离为Li＝Ld；
若高速列车在驶过Li(n+1)后的Ls段内仿真分析时发生破坏，此时，高速列车前挡玻璃的使用寿命，即行驶的总里程数Lt为：
<mrow>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>t</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>n</mi>
</munderover>
<msub>
<mi>L</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>m</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>9</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，n为网格更新的次数，若需要更精确计算前挡玻璃在Li(n+1)中的行驶距离，可通过减少该路段中的网格更新磨损量W0来逼近。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710859026.5A CN107798168B (zh) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | 一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710859026.5A CN107798168B (zh) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | 一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107798168A true CN107798168A (zh) | 2018-03-13 |
| CN107798168B CN107798168B (zh) | 2021-09-21 |
Family
ID=61531998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710859026.5A Expired - Fee Related CN107798168B (zh) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | 一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107798168B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108827810A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-11-16 | 沈阳建筑大学 | 一种陶瓷材料磨损率的测定方法 |
| CN110008539A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-07-12 | 华南理工大学 | 一种车轮沙石路面仿真中接触对的搜索方法、设备及介质 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5767185A (en) * | 1993-11-08 | 1998-06-16 | Specialty Silicone Products, Inc. | Moldable and tintable silicone rubber composition for windshield wiper blade |
| CN103493051A (zh) * | 2011-02-25 | 2014-01-01 | 奥达特克斯有限责任公司 | 用于估计对汽车的碰撞损伤的系统和方法 |
-
2017
- 2017-09-20 CN CN201710859026.5A patent/CN107798168B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5767185A (en) * | 1993-11-08 | 1998-06-16 | Specialty Silicone Products, Inc. | Moldable and tintable silicone rubber composition for windshield wiper blade |
| CN103493051A (zh) * | 2011-02-25 | 2014-01-01 | 奥达特克斯有限责任公司 | 用于估计对汽车的碰撞损伤的系统和方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| SHUNHUA CHEN,ETC: "Finite element modelling of impact damage in polyvinyl butyral laminated glass", 《COMPOSITE STRUCTURES》 * |
| SHUNHUA CHEN,ETC: "Numerical analysis of impact failure of automotive laminated glass:A review", 《COMPOSITES PART B》 * |
| 刘超英等: "高铁风挡玻璃性能研究与工艺技术分析", 《硅酸盐通报》 * |
| 臧孟炎等: "基于非固有内聚单元模型的夹层玻璃冲击破坏现象仿真研究", 《2012颗粒材料计算力学会议》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108827810A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-11-16 | 沈阳建筑大学 | 一种陶瓷材料磨损率的测定方法 |
| CN110008539A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-07-12 | 华南理工大学 | 一种车轮沙石路面仿真中接触对的搜索方法、设备及介质 |
| CN110008539B (zh) * | 2019-03-20 | 2022-11-18 | 华南理工大学 | 一种车轮沙石路面仿真中接触对的搜索方法、设备及介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107798168B (zh) | 2021-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ignesti et al. | Development of a model for the simultaneous analysis of wheel and rail wear in railway systems | |
| EP2571002B1 (en) | Traffic simulation device, and traffic simulation program | |
| CN101639871B (zh) | 面向行为研究的车载动态交通信息诱导系统模拟设计方法 | |
| CN103150458A (zh) | 车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统及其动力分析方法 | |
| Guo et al. | A novel energy consumption prediction model with combination of road information and driving style of BEVs | |
| CN107798168A (zh) | 一种高铁前挡玻璃风沙作用下使用寿命预测方法 | |
| CN104217094A (zh) | 用于计算结构的疲劳以及疲劳破坏的方法 | |
| CN105138796A (zh) | 一种用于整车振动噪声仿真的模态轮胎建模方法 | |
| EP0968777B1 (en) | Method for operating a green-sand molding machine | |
| Truong et al. | Exploring multiplier effects generated by bus lane combinations | |
| Zhu et al. | Research on prediction of metro wheel wear based on integrated data-model-driven approach | |
| Reiß et al. | CFD investigation on fully detailed and deformed car tires | |
| CN105574243A (zh) | 基于进入车道时间的高性能中观交通仿真方法 | |
| CN111259593A (zh) | 基于edem实现岩石破碎过程可视化的方法 | |
| Fosu et al. | Modeling road surface potholes within the macroscopic flow framework | |
| Jian et al. | Review and outlook of modeling of lane changing behavior | |
| Wu et al. | Particle filter based traffic data assimilation with sensor informed proposal distribution | |
| CN105303003A (zh) | 一种用于盘式制动器推杆位置的优化方法 | |
| CN105956266B (zh) | 在汽车碰撞中采用dem完成防撞桶建模的方法 | |
| Yishui et al. | Research of highway bottlenecks based on catastrophe theory | |
| Tian et al. | Empirical analysis and simulation of the evolution concavity of traffic oscillations | |
| JPH10202344A (ja) | 生砂造型の充填不良の予測方法 | |
| Krishnamurthy et al. | Safety assessment of cacc vehicles with faulty sensors using sumo simulations | |
| JP5494246B2 (ja) | タイヤ設計方法、タイヤ設計装置およびプログラム | |
| Aboelsaoud et al. | Comparative analysis of Hydroplaning in Electric and ICE Vehicles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210921 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |