عنوان پایان‌نامه
تحلیل و بهینه سازی سیستم های جاذب انرژی برخورد در سازه لکوموتیو ER۲۴
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2445;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59694
- تاریخ دفاع
- ۱۶ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- مجید زارعپورفرگی
- استاد راهنما
- مسعود شریعت پناهی
- چکیده
- ضرورت پیشگیری از خسارات جانی و مالی در برخوردهای احتمالی لکوموتیو ایجاب می کند که ساز و کارهای ایمنی این وسیله و به ویژه مکانیزم جذب انرژی ناشی از برخورد، توانایی میراسازی حداکثری ضربات را داشته باشند. مکانیزم جذب انرژی برخورد در لکوموتیوها عموما از دو بخش اصلی تشکیل می شود. برای جذب انرژی ناشی از برخوردهای خفیف و در سرعت های پایین از ضربه گیر لغزشی (تامپون ) و برای جذب انرژی ناشی از برخورهای شدید و در سرعت های بالا از ضربه گیر کوبشی استفاده می گردد. ضربه گیر لغزشی متشکل از حلقه‌های داخلی و خارجی فولادی درون هم می باشد که با لغزیدن به داخل یکدیگر، انرژی را جذب و مستهلک می کنند. این عملکرد در برخوردهایی با محدوده سرعت پایین، مانع از صدمه دیدن شاسی لکوموتیو می شود. در سرعت های برخورد بالا، بعد از اینکه حلقه‌های ضربه گیر لغزشی به نهایت جذب انرژی خود رسیدند، قسمت دوم برای جذب انرژی وارد عمل می شود. این قسمت از یک پوسته فلزی با مقطع متغیر تشکیل گردیده که با تغییر شکل پلاستیک کامل (بصورت چین خوردگی)، انرژی برخورد را جذب می کند. برای طراحی این دو بخش از مکانیزم ضربه‌گیر، لازم است که محدوده ظرفیت جذب انرژی هر بخش مشخص گردد. در این پژوهش ابتدا ضربه گیر لغزشی که از طریق اصطکاک انرژی را جذب می‌کند بصورت عددی مدل‌سازی و تحلیل دینامیکی می گردد. سپس روابط تحلیلی حاکم بر رفتار این ضربه‌گیر استخراج شده و نتایج حاصل از حل عددی با نتایج بدست آمده از حل مدل تحلیلی مقایسه می گردد. در ادامه، برای بهینه سازی مکانیزم مزبور، روابط تحلیلی لازم برای محاسبه میزان جذب انرژی حلقه‌ها به عنوان تابع هدف، و محاسبه تنش بحرانی در مقطع حلقه‌ها به عنوان مهمترین قید بهینه سازی استخراج می گردد. همچنین طراحی بخش دوم مکانیزم جاذب انرژی یعنی ضربه‌گیر کوبشی نیز در قالب یک مساله بهینه سازی مقید بیان می گردد. در نهایت نیز طراحی هر دو بخش با استفاده از یک الگوریتم تکاملی، بهینه سازی گردیده و عملکرد مکانیزم بهینه شده با عملکرد مکانیزم موجود مقایسه می گردد.
- Abstract
- Safety mechanisms are required to prevent human and financial losses, due to locomotive collisions. Energy absorption mechanisms are designed for maximum damping. A locomotive's impact energy absorbing mechanism generally consists of two main parts: a slipping buffer to absorb the energy from minor impact at low speed, and an axial crush buffer to absorb the energy of extreme impact at high speeds. Slipping buffer consists of inner and outer steel rings that slip inside the slide into each other to absorb energy. This performance at low speed range, prevents damage to the locomotive chassis. At high speeds, once maximum energy absorption of slipping buffer rings occurs, the second part will act to absorb energy. It consists of a metal shell with a variable section that through full plastic deformation would absorb the impact energy. To design the buffer mechanism, the energy absorption capacity per unit must be determined. In this study, first the slipping buffer that absorbs energy through friction is modeled numerically and analyzed dynamically. Then the analytical equations for the behavior of these buffers are derived and numerical results are compared with the results obtained from the analytical model. Furthermore, to optimize the mechanism, analytical equations are derived for calculating the amount of energy absorption in rings (fitness function) and for calculating the critical stress in section of rings (constraints). Also the second part of the energy absorbing mechanism (axial crushing buffer) is modeled as a constrained optimization problem. Finally, the buffer design is optimized using an evolutionary algorithm and the performance of the optimal mechanism has been compared with the performance of current mechanisms.
