تحلیل ارتعاشی پنل‌های کامپوزیتی ترمز آیرودینامیکی قطارهای پر‌سرعت

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشیار دانشکده راه آهن دانشگاه علم و صنعت ایران

3 کارشناسی ارشد دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در حال حاضر از آلومینیوم و فولاد به عنوان جنس پنل ترمز آیرودینامیک در قطارهای پر سرعت استفاده می­شود اما هدف این مقاله بررسی اثر کامپوزیت­ها در افزایش فرکانس­های طبیعیو کاهش وزن پنلها در یک زمان است. در این مقاله از کامپوزیت گرافیت اپوکسی (AS4/3501-6) استفاده شده است که در میان کامپوزیت­ها خواص ارتعاشی بهتری دارد. فرکانس طبیعی پنل زمانی که از کامپوزیت گرافیت اپوکسی استفاده می­شود نسبت به فلزات آلومینیوم و فولاد بهبود یافته و از 205/84 هرتز به 55/101 هرتز رسیده است که افزایشی 20 درصدی است. علاوه بر این، مقدار بیشینه تنش وارد بر پنل با استفاده از کامپوزیت گرافیت اپوکسی 71 مگاپاسکال و مقدار بیشینه جابجایی عرضی 952/2 میلی­متر است. با بررسی فرآیند بازشدن پنل از وضعیت 5- درجه تا 73 درجه در مدت زمان 3 ثانیه با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس، تغییرات در جابجایی عرضی و تنش پنل کامپوزیتی در حین باز شدن بدست آمده است. با ادامه تحلیل دینامیکی تا زمانی که پنل به اندازه 90 درجه باز شود، مقدار تنش و جابجایی پنل با مقادیر تنش و جابجایی پنل در حالت استاتیکی همخوانی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Vibration Analysis of Composite Panels in Aerodynamic Brakes of High-Speed Trains

نویسندگان [English]

  • Mohsen Ghazanfari 1
  • Parisa Hosseini Tehrani 2
  • Zoheyr Soleymani 3
چکیده [English]

Presently aluminum and steel are used to construct aerodynamic brake panels in high- speed train, however the aim of this paper is to increase natural frequencies and reduce the weight of panels at the same time using composite materials. In this paper, composite graphite epoxy (AS4 / 3501-6) is used, due to its better vibration characteristics among other composites. According to simulations, the natural frequency of graphite epoxy panel in comparison to aluminum panel has increased from 84.205 Hz to 101.55 Hz which is a 20 percent rise. What is more the maximum stress on the composite graphite epoxy panel and maximum lateral displacement are 71 MPa and 2.952 mm respectively. These results indicate better performance of graphite epoxy panel in comparison to aluminum panel. Finally, the panel during opening from -5° to 73° in 3 seconds is considered and the results of dynamic analysis of brake panel, using ABAQUS software, including Transverse displacement and stress is presented. It is shown that when panel has completely opened to 90 degrees, stresses and displacements are in a good agreement with static results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aerodynamic Brake
  • Composite
  • Natural frequency
  • High-Speed Trains
- Chun, T., Mengling, W. and Lihui, R. (2009) “Initial discussion of research in aerodynamic brake”, Rolling Stock, Vol. 47, No.3, pp. 10–12.
- Dey, S., Mukhopadhyay, T., Spickenheuer, A., Adhikari, S. and  Heinrich, G. (2016) “Bottom up surrogate based approach for stochastic frequency response analysis of laminated composite plates”, Leibniz-Institute fur Polymerforschung Dresden e.V., 01069 Dresden, Germany.
- Gay, D., Hoa, S.V. and Tsai, S.W. (2003) “Composite materials design and applications”, London, CRC Press.
Ghazanfari, M. and Hosseini Tehrani, P. (2015) “Study on braking panels in high speed trains using CFD”, International Journal of Advances in Railway Engineering (IJARE), Vol. 2, pp. 93-106.
- Hosseini Tehrani, P. and Ghazanfari, M. (2015) “Effects of panels configuration on braking force of aerodynamic brake in high speed train", International Congress on Advanced Railway Engineering (IC-ARE’15), Istanbul, Turkey, pp.56-62.
- Jianyong, Z., Mengling, W., Chun, T., Ying, X., Zhuojun, L. and Zhongkai, C. (2013) “Aerodynamic braking device for high-speed trains: Design, simulation and experiment”, proceedings of the institution of mechanical engineers, Part F: Journal of rail and rapid transit, 0954409712471620.
- Jianyong, Z. and Zhongkai, Ch. (2012) “Study on anti-skid control of railway train braking based on adhesion creep behavior”, Chinese journal of mechanical engineering, Vol, 25, No.3, pp. 543–549.
- Jung, S. K., Nam, P. K and Seong, H. H. (2004) “Optimal stiffness design of composite laminates for a train carbody by an expert system and enumeration method”, Composite structures, Vol. 68, pp.147–156.
 - Puharic, M., Matic, D., Linic, S., Ristic, S. and Lucanin,V. (2014) “Determination of braking force on the aerodynamic brake by numerical simulation”, FME Transactions, Vol. 42, No. 2, pp. 106–101.
- Puharic, M., Lucanin, V., Ristic, S. and Linic, S. (2010) Application of the aerodynamic brake on trains. Iipp Conference, pp. 13-21.
- Quin, J. A. (2002) “Composites – Design Manual”, James Quinn Associates Ltd.
- Reddy, J. N. (2004) “Mechanics of laminated composite plates and shells-theory and analysis”, London, CRC Press.
- Tsai, S.W., (1988) “Composites design”, published by Think composites.
- Yoshimura, M., Saito, S. and Hosaka, S. (2000) “Characteristics of the aerodynamic brake of the vehicle on the Yamanashi maglev test line”, Quarterly Report Of Railway Technical Research Institute, Vol. 41, No.2 pp. 74–78.
- Zhu, W.Q. and Zhu, Y.Y. (2012) “The vibration response analysis about high-speed train’s braking wing”, Applied Mechanics and Materials, Vols. 226-228 pp. 102-105.
- Zhu, Y., Shang, W., Zhang, X., Yan, H. and Wu, P. (2014) “Research on braking process of high-speed train with aerodynamic brake”, International Journal of Control and Automation, Vol. 7, No. 12, pp. 363-374.