Как натренировать силу удара: Как поставить нокаутирующий удар? | Упражнения в домашних условиях

Содержание

Сила Удара по Мячу (2021)

Упражнения для сильного удара ногой по мячу

Сегодня мы расскажем о 6 важных моментах, которые помогут вам натренировать свой удар, и сделать его более сильным. Причем неважно, сколько вам лет, 3 или 37 – в любом возрасте вы сможете натренировать свой удар, и сделать его более сильным. Надеемся, что наши подсказки помогут вам стать настоящей грозой вратарей и прекрасным бомбардиром.

 

1. Расслабьтесь

 

Не бейте по мячу слишком сильно. В первую очередь нужно расслабиться, чтобы ваши мышцы словно «повисли» на костях, как мокрое бельё висит на веревке. Единственная часть тела, которая должна быть напряжена во время удара, это щиколотка или лодыжка.

 

2. Большой последний шаг и занос бьющей ноги

 

После того, как мяч поставлен для удара, отойдите на несколько шагов назад. Разбежавшись, замахнитесь бьющей ногой. Но последний шаг, который идет непосредственно перед ударом, должен получиться длинным. Вследствие чего пятка бьющей ноги фактически касается ягодицы.

Дело в том, что сила удара идет от бедра, а не от того, насколько вы сильно сгибаете колено. Получается, что чем дальше вы отводите ногу, тем сильнее получается удар.

Этот прием научит вас управлять своим телом и давать мячу дополнительное ускорение. Если же вы хотите замерить свою силу удара, а специальных приборов у вас нет, то вы можете наносить их в стену или попросить вратаря, чтобы он рассказал, насколько тяжело отражать ваши удары.

Если у вас не получилось выполнить это упражнение с первого раза, то вы можете посмотреть на видео, как его выполняли признанные мастера в лице Дэвида Бекхэма, Жуниньо Пернамбукано, Роберто Карлоса, Снинишы Михайловича. Если постоянно наблюдать за их движениями, то со временем и у вас получится бить не только сильнее, но и точнее.

Важно! Если вы наносите удар не по стоячему мячу, а под движущимся, то бить нужно, когда он слегка поднялся в воздух. Таким образом вы придаете ему максимальное ускорение.

Как увеличить силу удара: мастер-класс от Кости Цзю

Getty Images

Чтобы ответить на этот вопрос, мы вспомнили урок, который преподал нам несколько лет назад легендарный боксер Костя Цзю (точнее, сейчас уже Константин Борисович — как-никак, полтинник чемпиону!). Костя рассказал нам о трех упражнениях для увеличения силы удара, которыми активно пользовался сам на протяжении всей своей карьеры.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Отжимания с хлопком

Тренируют конечную фазу удара и выносливость

  • Примите упор лежа, поставив ноги шире плеч. Руки немного согнуты в локтях.
  • Практически не отталкиваясь руками от пола, подпрыгните и в воздухе сделайте хлопок ладонями. Приземлитесь и повторите.
  • Тренируйтесь так: считайте повторы не обычным образом, а в прогрессии. Сделайте 1 повтор, начните счет сначала и сделайте 2 повтора. Затем вновь обнулите счет и сделайте 3 повтора. Cтарайтесь достичь счета 10 — это будет очень хорошим результатом. По словам Кости, он до сих пор способен выполнять это упражнение до 15 счетов подряд.

Махи с гантелями

Одно дело — сила удара, другое — качество, когда все ваши мышцы готовы к сильному рывку. Плечевые суставы для сильного удара должны быть очень выносливыми. Упражнение очень простое, позволяющее параллельно поднимать ваш болевой порог.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

  • Поднимите две легкие гантели перед собой и совершайте быстрые махи из стороны в сторону или вверх-вниз.
  • Делайте 3 раунда по 3 минуты махов, чередуя направление движения гантелей каждые 30 сек.

Имитация удара

Помимо силы, для хорошего удара важна точность.

  • Бейте по цели так, чтобы кулак останавливался в пределах 2-3 мм от нее.
  • Начинайте отработку с ударов по висящей газете — риск травмироваться невелик. Затем бейте по стенке — нерассчитанный удар будет болезненным. В третьей стадии пригласите к тренировкам брата, сестру, девушку и снова «бейте» — близкого человека будет жалко, и это стимулирует точность.

Тренировка силы удара от профессионала

Кулаком, можно найти очень немного полезной информации. В частности, обычно пишут о том, что удар нельзя поставить самостоятельно и тренироваться нужно с опытным бойцом или тренером, который точно знает, что делает. Мы решили исправить эту несправедливость и систематизировать все знания, необходимые новичку, чтобы понять, кулаком. Читаем далее и впитываем знания!

Как увеличить силу удара кулаком: характеристики

Что такое ударные показатели и как их развивать? Если говорить прямо, без прикрас о мастерах Шао-Линя, то все бойцовские характеристики и упражнения для удара можно разделить по трём показателям: скорости, силе и технике. Далее мы перечислим различные упражнения, с помощью которых вы сможете развить каждый из них.

Скорость

Лучшие упражнения для скорости удара выработаны боксёрами ещё столетие назад: вы берёте в каждую руку по гантели в 5-10 кг и начинаете спарринг с тенью, проводя и

комбинируя те же самые удары в привычном вам ритме. Уже через минуту вы почувствуете, как все ваши мышцы ноют от усталости, но не стоит останавливаться: тем самым вы убиваете сразу трёх зайцев. С одной стороны, вы укрепляете свои мышцы и делаете их сильнее, с другой, увеличиваете показатели выносливости, приучая их переносить длительные нагрузки, и, в конце концов, в тренировке без веса вы ощутите, что стали заметно быстрее в движении.

Совет: ещё одно очень интересное упражнение от бойцов ушу. Проводите бой с тенью в бассейне, под водой. Скорость вашего удара зависит от способности вашего тела преодолевать сопротивление воздуха, а так как куда выше, то, тренируясь в таких условиях, вы станете куда быстрее.

О том, как увеличить силу удара кулаком в реальном бою, как ни странно, можно прочесть в учебнике по анатомии. Что такое сила? Это масса, помноженная на ускорение. Соответственно, если вы работаете над скоростью, то вам остаётся поработать лишь над своим весом и тем самым вы увеличите силу своего удара. Попробуйте набрать больше работайте с большими весами в тяжёлых базовых упражнениях.

Ещё один секрет того, как увеличить кулаком, сокрыт в плотности ударной поверхности. Для этих целей (чтоб увеличить плотность) используются различные кастеты, а также, что является более эффективным и честным способом, набивают поверхность кулака, выравнивая костяшки, что превращает кулак в настоящий молот. С той же целью можно просто отжиматься от пола из стойки на кулаках.

Правильная техника выполнения удара — это 50% его силы. Ведь хорошо поставленный удар берёт своё начало в пятке ноги, противоположной бьющей руке, и только затем, накапливая инерционную силу ног, спины, торса и руки, выходит в бьющей точке кулака. Кстати, именно поэтому использовать для удара открытую ладонь гораздо эффективнее (одно костное соединение участвует в ударе) нежели даже хорошо набитый кулак, ведь во втором случае в ударе участвует более 30 костных соединений, что не только крайне травмоопасно, но и гасит примерно 20-25% силы удара.

Если вы занимаетесь какими-нибудь единоборствами или просто хотите постоять за себя и своих близких в уличной драке, то молниеносный и сильный удар вам просто необходим. Некоторым людям такой удар дан от природы, если вы не из их числа, то вам необходимо увеличивать силу и скорость своего удара. В этом вам помогут ниже приведенные эффективные упражнения и ценные советы по увеличению силы и скорости.

Как известно сила удара измеряется в килограммах, достаточно удара с силой 250 кг, чтобы отбить у соперника желания драться, но чтобы сбить его с ног этого будет маловато. Но для нас, чем больше сила удара, тем выгодней. Что же нужно для увеличения силы удара? Для начала, нужно правильно ударить, при ударе необходимо, чтобы не только рука была в движении, но и корпус и ноги. Корпус необходимо повернуть по направлению удара. Так же ноги, при ударе нужно сделать небольшой шаг вперед, если вы бьете левой рукой, то это должна быть левая нога, а если правой, то правая нога. Следует заметить, что эти шаги получаться если выполняются только одиночные удары, если же это комбинация ударов, то шаги вы просто не успеете сделать. Не надо забывать и про стойку. Первое чему учат боксера- это правильная стойка. А, как известно у боксеров самый сильный удар. И так, для начала следует сказать, что стойка-это наиболее удобное для боксера положение, которое необходимо ему для совершения какого-либо действия для нападения или, наоборот, для защиты. Стойка должна обеспечивать хороший обзор и одновременно являться для противника преградой для совершения каких-либо действий. Всем требованиям отвечает левосторонняя стойка.

Разучивать стойку лучше всего начинать возле зеркала, на расстоянии 2- 2,5 метров. Один из лучших способов увеличения силы удара, это бой с тенью. Для этого необходимы гантели 3,2,1 кг.

Берете для начала гантели по 3 кг. Наносите ими около 20 ударов. Затем берете гантели по 2 кг, тоже 20 ударов, потом 1 кг. После всего, наносим 20 ударов без гантелей, вы почувствуете, что руки стали ватными — это нормально.

Так же хорошим способом увеличения удара являются отжимания. Но не просто отжимания, но отжимания на кулаках или с хлопками.

Те же подтягивания или отжимания на брусьях очень помогают. Для увеличения силы удара помогает так же плавания, во время плавания укрепляются все мышцы. Но для нас основным стилем является кроль.

Еще одна особенность сильного удара заключается в том, что необходимо бить как бы сквозь цель, не надо останавливать движения руки после удара, наоборот движение нужно продолжать. Так удар получается более сильным и отталкивающим противника. При таком ударе процент того что противник потеряет равновесие и упадет больше, чем при хлестком ударе. Большое значение имеет и то, как сжимается кулак. Необходимо начинать сжимать кулак с первых фаланг пальцев, так чтобы между пальцами и фалангами пальцев находилось меньше пустого пространства.

А для увеличения скорости удара поможет все тот же бой с тенью, только уже на скорость. Необходимо выполнять серию ударов или один и тот же удар несколько раз, но с большой скоростью на 5-10 минут. Можно так же приобрести специальные утяжелители для рук или сшить самим. Они имеют форму перчаток, но с кармашками, в которых есть металлические пластины. Количество пластин можно регулировать, убирать или добавлять, в зависимости от физического состояния. Встречается и такая проблема, что руки начинают болеть от ударов по груше. Чтобы вы не чувствовали боли во время удара, нужно чтобы кожа стала грубее а кости кисти привыкли к ударам, для этого необходимо сделать следующее, взять обыкновенную стопку и прикрепить ее к стене. Каждый день в течении 15-20 минут выполнять серию ударов, а после этого вырывать несколько страниц из стопки. Так и будут «закаляться» ваши руки.

Усердно тренируйтесь и у вас все обязательно получится. Удачи и успеха.

Тренировки на развитие скорости ударов весьма специфичны. Простым силовым качем мы только закрепощаем мышцы и теряем скорость удара. Поэтому в и других ударных видах спорта используют специальные упражнения, наиболее простые и эффективные из них мы рассмотрим в этой .

Упражнения на развитие скорости рук












Работа со своим весом

Эта работа выполняется достаточно быстро, делается примерно 2-3 раза в неделю. Выполняется четыре упражнения на максимальной скорости, между подходами отдых около 20 секунд с обязательным расслаблением рук.

1). 10 быстрых отжиманий от пола на кулаках. Выполняется с максимальной скоростью.

2). 10 взрывных отжиманий на кулаках с касанием руками груди.

3). 10 простых отжиманий с хлопком.

4). По пять взрывных отжиманий на каждой руке, руки меняются поочерёдно после одного повторения.

Работа с медицинским (набивным) мячом

Выполняется сидя несколько упражнений с медицинским (набивным) мячом массой около 10 кг.

  1. Сидя друг напротив друга на большом расстоянии, около 4 метров, спортсмены бросают друг другу мяч двумя руками от груди. Выполняется 30 повторений.
  2. Из того же исходного положения спортсмены бросают мяч одной рукой.
  3. Из того же положения спортсмены бросают мяч из-за головы.
  4. Повернувшись боком друг к другу, спортсмены бросают мяч с разворотом корпуса на 180 градусов слева направо и наоборот.
  5. Из положения лежа на спине, при прямых вытянутых руках, спортсмены бросают мяч со сменой исходного положения на положение сидя.

Посмотрите ещё вот это видео упражнение с набивным мячом для развития силы и скорости удара рукой.

Работа с резиной

Для таких тренировок необходимы два резиновых жгута, не слишком жёсткие чтобы вы могли тянуть их рукой без потери техники в количестве 10 повторений, и крепление к которому их можно прицепить. Один конец резины держим в руке, другой присоединяем к креплению. Начинаем выполнять рукой в количестве 15-20 повторений, затем убираем жгут, и пробиваем уже без резины. Таким способом тренируем любой удар. Важно, что резина не должна быть слишком жёсткой, техника выполнения удара соблюдается.

Все рассмотренные упражнения выполняются отдельно друг от друга, так как они не требуют больших затрат времени удобно делать их в конце тренировки. Не забывайте расслаблять и встряхивать конечности после каждого подхода. При регулярных тренировках у спортсменов наблюдается существенное повышение скоростно-взрывных функций, точится выполнения ударов и повышается выносливость.



Тренировка по боксу. Взрывная сила удара:

Тренировка взрывной силы и анаэробной выносливости:

Полезные советы — Как развить взрывную скорость для ударов руками:

Тренировка взрывной силы мышц:

4 упражнения на развитие взрывной силы:

Упражнение на скорость рук с гантелями:

Тренировка скорости ударов и движений — полное руководство:

Развитие скорости и силы удара:

Увеличение силы и скорости удара:

Увеличение скорости рук и ударов:

Нокаутирующий удар комплекс упражнений для развития скорости и силы ударов руками:

Видео размещено в открытом доступе на стороннем ресурсе, редакция блога не несет ответственности за содержание ролика и его качество и не гарантирует Вам его доступность и возможность просмотра в дальнейшем

На этом у меня все. До встречи на страницах моего блога.

Желаем вам успехов!

Любой мужчина хотел бы научиться наносить сильные удары, так как только таким образом можно выиграть в поединке с соперником. Даже если вы не посещаете тренировки по боксу или единоборствам, это не означает, что вам не нужно тренировать силу удара. Ситуации в жизни могут быть самыми разными и вполне возможно, что вам нужно будет постоять за себя или за своих близких. Чтобы победить соперника, вы должны не только правильно бить, но еще и наносить сверхмощные удары.

Как увеличить силу удара кулаком в домашних условиях

Если вы знаете, что это ваше слабое место — вам придется регулярно тренироваться чтобы усилить свой удар. Для этого не обязательно посещать тренажерку и ходить на занятия боксом, при желании увеличить силу можно даже дома. Главное в данном случае — регулярность занятий. Мы советуем вам не сдаваться, даже если первое время вы не заметите изменений. Сила требует развития, и она не появится если вы опустите руки на полпути. Поэтому советуем вам не надеяться на чудо и работать над собой в поте лица!

Как увеличить силу удара кулаком? Правило №1: перед тем, как приступать к основной тренировке и выполнению ударов руками, обязательно сделайте 10-минутную разминку. Сюда могут входить отжимания и подтягивания махи руками и т.д. Так вы предотвратите травмы и растяжения.

Ручной эспандер — купите это недорогое приспособление в магазине спорттоваров. С его помощью вы сможете тренировать запястья и укрепить их, также тренажер разрабатывает предплечья, а ведь именно они задействуются при совершении ударов.

Удары в воздух. Представьте, что напротив вас стоит опасный соперник. Наносите по нему удары и не забывайте двигаться, так вы отточите не только свою технику ударов, но и скорость реакции. В реальной жизни вы сможете максимально быстро отреагировать на опасность.

Гантели. Как мы уже сказали, не обязательно покупать абонемент в тренажерку, ведь эффективно тренироваться можно даже дома. Для этого советуем купить разборные гантели, вес которых можно регулировать. 3-4 раза в неделю тренируйте с их помощью мышцы груди, рук и плеч, и результат не заставит вас ждать.

Отжимания — универсальное упражнение, которое не только улучшит вашу выносливость, но еще и повлияет на силу. Старайтесь выполнять 2-3 подхода отжиманий каждую тренировку, каждый раз пробуйте сделать новый вид отжиманий.

Ознакомьтесь с нашей публикацией Как правильно отжиматься на кулаках

Скакалка . Боксеры прыгают на скакалке не только для того чтобы согнать лишний вес перед соревнованиями, это упражнение также помогает разработать запястья и плечи, улучшить реакцию. Прыгайте по 4-5 минут перед тренировкой.

Подтягивания. Это упражнение работает ничуть не хуже, чем отжимания. Не у всех получается выполнять подтягивания, но мы советуем вам все же попытаться. В любом случае, упражнение пойдет вам только на пользу.

Махи молотом. В квартире выполнять это упражнение весьма опасно, но если вы все же хотите попробовать — попытайтесь. Наносите удары молотком по мнимому противнику, при этом старайтесь максимально напрячь мышцы рук.

Тренировка с грушей. Если у вас есть возможность, старайтесь хотя бы иногда включить в занятия удары по боксерской груше. Инвентарь есть во многих залах, при желании вы можете установить ее у себя дома.

Чтобы сделать удар кулаком мощнее, вам придется попотеть. Но при регулярных тренировках у вас все получится и уже через 2-3 недели вы заметите неплохой результат. Также не забывайте правильно питаться и включить в рацион как можно больше белковой пищи.

Мужской интернет-журнал сайт

Что такое сила удара и от чего она зависит?

Что такое сила удара и от чего она зависит? Сила — это масса умноженная на ускорение. От сюда следует, что для увеличения силы удара, важна как скорость, с которой Вы выполняете удар, так и мышечная масса руки и всего тела в целом. Помимо всего прочего в ударе должна быть жесткость, ведь вы собираетесь бить кулаком на повал? а не делать пощечину?

Поэтому если вы хотите пробивать нокаутирующий ну или просто мощный удар, тренировать нужно и скорость удара и мышцы задействованные в ударе — ноги, руки, грудь, спина, плечи, а так же не лишним будет поставить правильную технику нанесения удара.

Какие мышцы задействованы при ударе рукой

При нанесении удара рукой, будь то пресловутый джеб или всеми любимы хук задействованы следующие мышцы:

Удар начинается со ступни и энергия переходит в последствии через тело снизу вверх и достигает кисти руки:

Мышцы задействованные при ударе рукой их роль и важность

Мышцы и сила ног

Под мышцами ног подразумеваются квадрицепсы и икроножные мышцы. развитие этих мышц крайне необходимо у любого кто хочет иметь сильный удар. Мышцы ног отвечают за отталкивание от земли, в результате чего ваше тело наполняется энергией. Мышцы ног также оказываются самыми большими мышцами вашего тела, и именно поэтому все удары в боксе, как правило, задействуют ноги с подседом, кручением и разворотом.

Именно в ногах сосредоточена наибольшая сила! Не в мышцах груди и не в трицепсах. Внимательно изучив многих из самых ярко выраженных панчеров — нокаутеров, исследователи обнаружили что у них хорошо развиты ноги, а не большие руки или могучая грудь. Изучая развитие мышц у боксеров вы не увидите огромных грудных мышц или трицепсов. Хотя и большие мышцы так же дают определенное преимущество — большая масса тела — более мощный удар.

При правильной постановке техники ударов, хорошо набитых кулаках и правильной постановке кулака можно работать в одних бинтах по весьма жёсткому мешку, без травм. Главное, не проваливать удар в мешок, а как бы сразу отдёргивать руку, как бы колоть — жалить как говорил Мохамед Али. Желательно тренировать обе руки и удары с любых положений, бить любыми типами ударов. Удар должен быть коротким не размашистым и проходить по оптимальной траектории. Как поставить технику удара смотрите в приведенном ниже видео.

Постановка и отработка ударов руками

Постановка и отработка комбинаций ударов

В боксе, для увеличения силовых показателей ударов боксера предусмотрены различные методы развития силы и комплексы специализированных упражнений.

Наиболее эффективные упражнения для увеличения силы удара

Физические упражнения, которые помогут развить сильный удар — «ОФП»

Основные упражнения, развивающие верхние группы мышц:

Отжимания развивают: трехглавые мышцы плеча — трицепс, большие грудные мышцы, дельтовидные мышцы, двуглавые мышцы — или бицепс, передние зубчатые мышцы, большие ягодичные мышцы, мышцы брюшного пресса.

Для развития мощного и жесткого удара необходимо практиковать четыре вида отжиманий:

  • отжимания на ладонях — руки на уровне плеч
  • отжимания на кулаках — руки на уровне плеч
  • отжимания на пальцах — руки на уровне плеч
  • отжимания на ладонях с хлопками — руки на уровне плеч

Как тренировать силу удара — отработка и постановка ударов руками

Упражнения для развития силы удара — Отжимания на ладонях

отжимания на ладонях — упражнение для развития силы удара

отжимания на ладонях — руки на уровне плеч способствуют развитию массы и силы мышц груди и трицепсов. Данный вид отжиманий выполняется медленно с выдохом в нижней точке и задержкой на 1 — 2 секунды в верхней и нижней точке. Спина должна быть ровной — мышцы поясницы напряжены. Ноги максимально сведены вместе. Выполняйте по 2 — 3 подхода за тренировку — максимальное количество раз.

Основное назначение отжиманий на кулаках укрепление кистей рук. При отжиманиях задействованы все те же мышцы что и при отжиманиях на ладонях но в таком положении рук кисти получают иную нагрузку и прорабатываются мышцы кисти которые задействованы в сжатии кулака и удержании запястья в необходимом положении. Так же набиваются кости кулака, становятся жестче и несколько увеличиваются.

Данный вид отжиманий выполняется медленно с выдохом в нижней точке и задержкой на 1 — 2 секунды в верхней и нижней точке. Спина должна быть ровной — мышцы поясницы напряжены. Ног максимально сведены вместе. Выполняйте по 2 — 3 подхода за тренировку — максимальное количество раз.

Отжимания на пальцах

Данный вид отжиманий как и все отжимания полезен для укрепления плечевого пояса, грудных мышц, мышц пояса (пресс и поясничные мышцы), также при отжиманиях активно работают мышцы спины, шеи. В отжиманиях на пальцах очень активно работают мышцы предплечий, кистей рук, пальцев, укрепляются соответствующие связки и суставы.

Такой тип отжиманий активно способствует укреплению кисти рук что крайне необходимо при сильном ударе, иначе при сильном ударе вы просто напросто травмируете руку — сломаете пястную кость либо синовиальный сустав. С такой травмой не возможно продолжать бой данной рукой и скорее всего этот бой закончится вашим поражением.

По этому если вы не хотите оказаться в подобной ситуации я вам рекомендую включить отжимания на пальцах хотя бы один раз в неделю по 2 — 3 подхода.

Отжимания с хлопком

Отличное упражнение для развития взрывной силы и скорости. Задействованы все те же мышцы что и при отжимании на ладонях, но суть упражнения в том что мышцы сокращаются очень быстро и интенсивно что способствует наработке резкого и мощного выталкивания от себя. Так же мощно работают мышцы пресса и поясницы, они жестко фиксируют тело в прямом положении.

Отжимания с хлопком нужно делать энергично, отталкивайтесь руками максимально сильно и быстро. Мощно отталкивайтесь от пола, делайте хлопок и быстро возвращайте руки на пол, чтобы аммортизировать движение вниз. Тело держите прямым – мышцы пресса и спины в напряженном состоянии. При выполнении отжиманий с хлопком делайте упор на максимальную скорость. Делайте данное упражнение по 2 — 3 подхода 1 — 2 раза в неделю.

Выталкивание штанги

Очень эффективное упражнение выталкивание от груди в стоячем положении, грифа от штанги (20-25кг) — вперёд от себя на уровне подбородка. Также можно использовать резину — эспандер — тугие жгуты, привязать их к чему-то на расстоянии ширины плеч, закрепить концы в руках, встать спиной к месту привязи и бить через сопротивление резинок.

Развитие силы мышц ног

Приседания с весом, прыжки в высоту, прыжки на скакалке.

Развитие силы мышц ног играет важную роль для тренировки сильного удара. Так, точный удар в область подбородка, при одновременном задействовании мышц ног, дает сильнейшее воздействие на соперника. Развитие силы удара на 60% обусловлено движениями ног и корпуса.

Наиболее эффективными методами развития мышц ног являются:

Приседания со штангой;Бег в гору или по лестнице, бег с препятствиями;Прыжки в высоту и в длину, прыжки на скакалке.

Подтягивания

Подтягивания — развивают группы мышц верхней части тела: широчайшие, бицепсы, грудные мышцы, верхняя часть спины, мышцы брюшной стенки, предплечья.

Подтягивания нужно делать двух видов — медленные и быстрые на взрыв. Руки при подтягиваниях необходимо держать чуть шире плеч. При желании можно вешать на пояс отягощения. Старайтесь подтянуться как можно большее количество раз.

Медленные подтягивания — хват ладонями от себя, медленно — спокойно подтянитесь вверх, подбородок должен подняться выше перекладины, при подъеме делайте выдох при опускании вдох, задержитесь в верхнем положение на 1 секунду после чего опуститесь, в нижней точке не разгибайте руки до конца — руки должны разгибаться примерно на 95%, задержитесь в нижнем положение на 1 секунду после чего делайте подъем. Делайте минимум по два подхода за тренировку, максимальное количество раз. Данное упражнение развивает мышцы спины на силу.

Подтаивания на взрыв — делаются практически так же как и медленные подтягивания с единственным отличием что подьем вверх нужно делать с максимальной силой и скоростью.

Хват ладонями от себя, резко со всей силы подтянитесь вверх, подбородок должен подняться выше перекладины, при подъеме делайте выдох, после чего спокойно опуститесь, в нижней точке не разгибайте руки до конца — руки должны разгибаться примерно на 95%, после достижения нижней точки виса сразу же делайте следующий подъем.

Делайте минимум по два подхода за тренировку, максимальное количество раз. Данное упражнение развивает мышцы спины, выносливость и взрывную силу — способность концентрации и выброс энергии.

Броски мяча

Для упражнения потребуется тяжелый мяч с песком, который используют боксеры на тренировках. Если его нет, попробуйте сделать самодельный мешок с песком. (данное упражнение можно заменить ударами кувалдой по покрышке).

Исходное положение: ноги на ширине плеч, корпус прямо. Поднимите мяч высоко над головой. С силой бросьте — ударьте мяч об пол. Повторите упражнение не менее 15 раз за подход.

Исходное положение: встаньте ровно, ноги на ширине плеч, руки по бокам. Присядьте до уровня, когда колени станут на одном уровне с бедрами. С максимальной силой выпрыгните вверх, при этом поднимая руки вверх. Повторяйте прыжки до тех пор, пока не закончатся силы.

Подъем гири

Упражнения с гирей очень полезны для укрепления кистей рук, плеч, дельтовидных мышц и увеличения мышечной массы.

Подъем гири вперед

Расставьте ноги чуть шире плеч. Возьмите гирю одной рукой, опустите её между ног на выпрямленной руке — гиря должна быть на весу. Согните ноги слегка в коленях и резко рваните гирю вперед, до уровня в 90 градусов по отношению к корпусу, то есть вы должны держать гирю перед собой на вытянутой руке. В самой верхней точке спина должна быть прямая. Задержите руку в горизонтальном положении на 1 — 2 секунды. Повторите до десяти подъемов гири одно рукой. Затем поменяйте руку.

Упражнение аналогично предыдущему, с той лишь разницей, что гиря теперь поднимается над головой. Через 10-15 повторений меняйте руку.

Подъем гири вверх от плеча

Гирю поместите между ног. Положите руку на нее, отставив бедра назад. Резко рваните вверх, расположив руку так, чтобы закинуть гирю на плечо. Теперь используйте толчок, чтобы поднять ее над головой. Вернитесь в исходное положение. Делайте по десять подъемов гири одной рукой.

Развитие «взрывной» силы удара видео

Регулярно используйте кистевой эспандер. Купите самый жесткий ручной эспандер и работайте попеременно, обеими руками. Обязательно нужно сжимать эспандер резко, прикладывая всю силу. Упражнение помогает развить межпальцевые мышцы и предплечья. В итоге кулак станет крепче и жестче.

Не менее эффективны упражнения с кувалдой. Возьмите кувалду и начинайте наносить удары по автомобильной покрышке. Во время выполнения упражнения активизируются именно те мышцы, которые участвуют при нанесении ударов. Удары следует наносить не за счет движения спины а максимально за счет силы рук

Нарабатывайте удары на «лапах». Бейте так, словно мишень находится на несколько сантиметров дальше лапы. Старайтесь как будто пробить снаряд насквозь. Это упражнение поможет не развить скорость удара, бить сильнее, отработка серии ударов.

Развить скорость и резкость поможет упражнение «бой с тенью». Выполняйте упражнение ежедневно, не менее десяти минут.

Самыми эффективными считаются удары, которых противник не ждет и не видит. Бить нужно неожиданно, чтобы противник не успел среагировать.

Все перечисленные упражнения помогают развить силу удара, сделать мышцы и сухожилия рук крепче, а также выносливее. При регулярном их выполнении результат будет заметен уже через несколько месяцев.

Развитие специальной силовой выносливости

Надеюсь статья помогла вам получить достаточную информацию о развитии силы удара. Не забывайте регулярно тренироваться.

Ставьте лайки, делайте репосты!

Как увеличить силу удара — отработка и постановка ударов руками обновлено: Сентябрь 20, 2019 автором: Boxingguru

Как развивать скорость удара с ноги. Часть 1

Скорость удара. Часть 1

 

Приветствую всех читателей. Сегодня из этой статьи вы узнаете, как увеличить скорость удара ногой, а также получите небольшую инструкцию по растяжке и прокачке ног.

Сейчас все больше и больше людей начинают включать в свою технику удары ногами. Но на самом деле продуктивно использовать технику ног могут всего лишь единицы. В чем же дело?

Большинство бойцов надеются на тактический обман и невнимательность противника. Это правильное решение, но прежде чем переходить к тактическим действием нужно пройти первый этап физической подготовки. Нет смысла изучать тактические уловки пока ваши ноги не станут быстрыми сильными и эластичными.

Поговорим о скорости

Для того чтоб ваши ноги били быстро и сильно как хлыст вам нужно будет усвоить самый важный принцип-принцип расслабления и напряжения. Дело в том, что брошенная расслабленная нога летит гораздо быстрее, ее ничего не сдерживает и не останавливает. Но эффекта от такого удара не будет. Ваша задача быстро бросить расслабленную ногу, а в момент достижения цели вложить туда весь свой вес используя свои бедра и силу обеих ног.

Второй главный принцип — это вложения бедер. На вопрос как улучшить нокаутирующую силу ноги все тренера в один голос кричат- используй бедра! Если полагаться только на силу ног удар будет гораздо легче и быстрее, но толку от него будет как от пощёчины.

В некоторых случаях такие удары нужны. Нокаута от них ожидать не стоит, но как отвлекающий маневр они идеальны. Бросив около пяти таких легких ударов ногой в голову ваш соперник забудет про ноги и будет сконцентрирован на защите своего лица. В этот момент нужно нанести сокрушающий быстрый удар в ногу используя свои бедра.

Для того чтобы научится вкладывать бедра в удары ногами вам нужно наносить их на 180 градусов. Это значит, что ваш удар должен проходить гораздо дальше центра оси противника. Старайтесь пробить вашу цель насквозь, но не открывайте спину при этом. Этот тип удара проводиться только для тренировки вложения бедер или в том случае, когда вы уверенны что нога точно дойдет до цели и вам нужно использовать весь свой вес и силу. Не забывайте подкручивать опорную ногу, ее движение тоже играет важную роль.

Пробив ногу сильным нокаутирующем ударом заставьте вашего оппонента переключить все свое внимание на защиту поврежденной ноги. Это можно сделать постоянными атаками в уже поврежденную точку. Закрывая отбитую мышцу ваш соперник может не осознанно опускать руки. В этот момент нужно нанести сокрушающий нокаутирующий удар в голову о котором я рассказывал выше. Неожиданней всего будет удар с разворота, но для того чтобы достать до головы нужна хорошая гибкость.

Растяжка

Сразу же успокою слабонервных людей, для того чтобы бить сильные удары в голову совсем не обязательно сидеть на идеальном шпагате. Но все же чем ближе вы к шпагату, тем проще вам будет освоить технические сложные удары.

Прежде чем приступать к каким-либо действием обязательно разомнитесь. Разогрев обязательная составляющая любого действия в спорте и не только в нем. Для того чтоб приготовить свое тело к предстоящей нагрузке подойдут обычные гимнастические упражнения которые известны каждому человеку еще со школы: Прыжки на скакалке, прогибы, приседания, вращения бедрами и подобные движения.

Для большего эффекта рекомендую уделить несколько минут гимнастической стенке. Забросьте ногу на одну из перекладин, на сколько это позволяет ваш уровень, и потихоньку начинайте прижиматься к коленке.

Есть несколько обязательных правил выполнение которых является залогом быстрой и безопасной растяжки.

  1. Дыхание. Используйте его в свою пользу. Закрыв свое дыхание в организме прекращается большое количество важных процессов. Все йоги знают об этом именно поэтому они уделяют очень много внимания работе с дыханием.
  2. Расслабление. На начальном этапе этот пункт практически невозможно понять. Как расслабиться, когда ваши мышцы разрывает дикая боль? Открою секрет, причиной ваших сильных болевых симптомов является именно напряжение связок. Ваша задача объединить расслабление с дыханием и поддаться силе растяжения.
  3. Техника. Даже в растяжке есть такое понятие как техника. Если сказать проще, то это правильное выполнение движений. Каждый раз, когда вы прижимаетесь к своей ноге старайтесь не просто достать головой колено, а лечь на ногу низом живота и только потом головой. Выполняя гимнастические упражнения не поддавайтесь сгибу колена, держите ногу ровно и старайтесь тянуть пальцы ног в свою сторону.  

​В следующей части мы поговорим о физической подготовке, скорости и предостережениях.

ЛУЧШИЕ УПРАЖНЕНИЯ НА СИЛУ УДАРА КУЛАКОМ. Octagon — портал о единоборствах

. Количество просмотров: 3427

Чтобы удар кулаком был сильным, необходимо не просто тренироваться, а понимать, каким образом формируется сила, необходимая для нанесения мощного удара.

Технические нюансы, которые следует запомнить

Сильный удар формируется не только благодаря высокой скорости, но и собственному весу. Если вложить свою массу тела полностью, результат будет максимально мощным. Избежать вывихов позволяет соблюдение правильной техники выполнения, предполагающей то, что руку никогда не распрямляют полностью, а удары наносят под различными углами. Они приносят сопернику по-настоящему серьезный урон.

Стопы

Играют не меньшую роль для силы удара. Их положение и движение должно подчиняться следующим нюансам:

  • Стопы необходимо расставлять шире плечевого пояса.
  • Разворот стопы делают в сторону движения, которое совершают рукой, при этом всегда сначала приподнимается пятка.
  • Когда совершается удар правой рукой, левая стопа не сдвигается, приподнимается пятка правой и наоборот.

Правильное положение стоп позволяет наносить гораздо более сильные и мощные удары, но не является единственным моментом, который следует учитывать.

О чем еще необходимо знать для придания удару кулаком силы?

  1. Колени нужно держать немного согнутыми, перенося вес собственного тела вперед.
  2. Во время нанесения удара бедра должны разворачиваться в ту сторону, в которой находится соперник.
  3. В близком контакте повысить силу удара позволяет полное движение всего корпуса.
  4. Нельзя тянуться вперед. Туловище должно разворачиваться резко.
  5. Отведение руки назад во время замаха позволяет сопернику предсказать и предупредить удар.
  6. Кулак, нанося удар, нужно сжимать настолько сильно, насколько это только возможно.
  7. Каждый новый удар совершают с выдохом воздуха.

Эти требования должны соблюдаться не по отдельности, а одновременно!

Упражнения на развитие сильного удара

Чтобы бить кулаком мощно и сильно, необходимо еще и тренироваться. Этому способствует комплекс упражнений.

Набивание мяча

Чтобы выполнить упражнение, необходимо иметь достаточно свободного места. Мяч следует брать тяжелый. Лучше всего подойдет тот, с которым тренируются боксеры. Альтернативным вариантом станет баскетбольный мяч.

Техника исполнения заключается в следующем:

  • ноги расставлены по уровню ширины плеч;
  • корпус держат прямым;
  • мяч высоко поднят над головой;
  • мячом ударяют с силой об пол и ловят после отскока.

Набивания делают как минимум 15 раз.

Приседание с выпрыгиванием вверх

Выполняется по следующей схеме:

  • становятся прямо, ноги на уровне плеч, а руки находятся по бокам;
  • приседают до тех пор, пока колени не образуют с бедрами одну линию;
  • выпрыгивают вверх, одновременно поднимая руки.

Прыгать нужно максимально высоко. Повторений делают столько, чтобы не оставалось сил. Усилить эффект можно с задействованием гантелей, которые держат в руках.

Тренировка на трицепс, плечевой пояс и мышцы спины

Эти мышечные группы играют не последнюю роль в увеличении силы наносимого кулаком удара и тренируются благодаря следующим упражнениям.

Подтягивания

Руки, подтягиваясь, держат немного шире, чем плечи. Чтобы повысить эффективность, на пояс вешают отягощение. Количество повторов стараются делать столько, сколько позволяет собственная физическая подготовка.

Отжимания

Руки ставят максимально близко друг к другу. Прогибать спину нельзя. Она должна оставаться выпрямленной. Упражнение тренирует трицепсы, грудные и спинные мышцы. Аналогичным образом воздействует и жим лежа. Чтобы укрепить кисти рук, отжиматься нужно на кулаках.

Обратные отжимания

Выполняются со скамьей. К ней становятся спиной, облокачиваются ладонями, слегка приседают. Опускаются и поднимаются за счет сгибаний и выпрямлений рук. Делают не менее 3 сетов по 20 повторов.

Подъемы гири

Укрепляют кисти рук, развивают дельтовидные мышцы. Последние оказывают весомое значение для удара. Кроме того, гиря является тем снарядом, который способствует приросту мускулатуры.

Подъем с гирей вперед

Ноги расставлены по бокам. В выпрямленной руке между ног удерживают гирю, а ноги немного сгибают в коленном суставе. Гирю резким движением поднимают вперед так, чтобы между снарядом и корпусом образовался прямой угол. Нужно следить за тем, чтобы спина оставалась прямой в верхней крайней точке. На каждую руку делают до 8 повторов. В мышцах должно чувствоваться напряжение.

Подъем с гирей вверх

Выполняется аналогично подъемам вперед, но только снаряд поднимают уже над головой. Рекомендуемое количество повторов на каждую сторону составляет от 8 и до 12 раз.

Чистый подъем гири вверх

Снаряд помещают между расставленными ногами. Кладут на него руку, чтобы бедра оставались сзади. Делают резкий рывок вверх, закидывая гирю прямо на плечи, а затем толчком поднимают снаряд над головой. Возвращаются в начальную позицию. На каждую руку нужно сделать по 10 подъемов.

Подъемы с гирей вверх из положения сидя

Гирю закидывают на плечо, приседают на корточки. Чтобы удержать равновесие, вперед выставляют левую руку. Гирю поднимают вверх, ждут секунду, совершают еще подъем, а затем меняют руку. Ягодицы с икрами должны быть постоянно напряжены.

Подъемы с гирей из положения лежа (турецкий подъем)

Спиной вниз ложатся на пол, в руку берут и поднимают гирю. Руку держат в вертикальном положении, а затем начинают подниматься. Сгибают сначала одну, а затем другую ногу. Если подъемы даются тяжело, помогают себе свободной от снаряда рукой. Делают примерно 10 повторений.

Подъем двух гирь вверх

Два снаряда закидывают на плечи. Вобрав в легкие воздух, гири рывком поднимают над головой, а затем медленно опускают. Во время упражнения мышцы брюшного пресса должны быть напряжены.

Общие рекомендации

Чтобы сделать удар кулаком сильнее, можно использовать следующие техники и способы:

  • Заниматься с кистевым эспандером. Брать нужно самый жесткий. Сжимать снаряд необходимо резко и с приложением максимальной силы. Работа с эспандером способствует развитию межпальцевых мышц и предплечий, что делает кулаки более мощными и крепкими.
  • Ежедневно прыгать со скакалкой. Нужно стараться поднимать бедра максимально высоко, а коленями доставать грудную клетку.
  • Тренировки с кувалдой тоже довольно эффекты. Ее берут в руке и бьют по старым покрышкам, что активизирует мышцы, которые работают и при ударе. Делать это следует на улице, к примеру, рядом с гаражом.
  • Работая в паре, по «лапам» нужно стараться совершать удары, представляя, что цель находится дальше на несколько сантиметров, пытаясь пробить ее насквозь. Это дает возможность не только бить сильнее, но и не терять скорость.
  • Не следует пренебрегать «боем с тенью». Данное упражнение позволяет научиться наносить неожиданные удары, являющиеся наиболее эффективными, поскольку соперник не успевает отреагировать. Тренироваться нужно каждый день не менее 10 минут.
  • Взрывной удар помогают развивать отжимания как на ладонях с отрывом от поверхности пола, так и на кулаках. Количество подходов должно составлять не менее трех с десятью повторениями в каждом.

Приведенные выше упражнения помогают повысить выносливость и сделать сухожилия и мышцы рук крепче, развить силу наносимых ударов. Если они выполняются на регулярной основе, то результаты становятся заметны уже через семь дней.

Также посмотрите видео по теме:

Друзья, поддержите нашу группу в Фейсбуке, поделитесь этим постом с друзьями или нажмите кнопку «Мне нравится!» и Вы всегда будете в курсе свежих новостей «Дежурной Качалки»!

Для вас мы собираем лучшие тренировки, рекомендации по правильному питанию и конечно же юмор из мира красивых, энергичных и здоровых людей — таких как мы с вами!

Источник: kachalka-24.ru

Записаться на тренировки по единоборствам в Минске можно по телефону: +375(44)4689432

www.fighter.by

Лучшие упражнения для удара рукой. Как тренировать силу удара рукой — постановка и развитие удара

Здравствуйте, уважаемые читатели сайт. Сегодняшний наш разговор, наверняка, будет интересен, полезен мужчинам и женщинам, так как, помимо спортивной составляющей, он затрагивает такой важный аспект, как эффективная самооборона. Накачанные , безусловно, выглядят впечатляюще. Однако порой недостаточно впечатляюще для избегания либо разрешения конфликтной, острой ситуации. Согласитесь, что с этой точки зрения тренировка ударов руками будет тем козырем в рукаве, который поможет решить вопрос в свою пользу.

Со спортивной точки зрения – упражнения, направленные на развитие силы удара, как дальше сами увидите, являются укрепляющими, тренирующими выносливость, реакцию и многое другое. Заинтересовал? Уверен, что да. Тогда переодевайтесь в тренировочную одежду и прошу за мной.

Большинство упражнений Вы сможете выполнять самостоятельно, а если у Вас есть гантели и боксерская груша, то справимся в домашних условиях. Поэтому предлагаю долго не рассиживаться и переходить сразу к тренировке.

Как добиться неожиданности

Начнем наше занятие с того, чтобы сделать Ваш удар максимально неожиданным. Попробуйте из расслабленного положения стоя, по звуковому сигналу, резко собраться и ударить. Как реакция? Хромает? Тогда вот таким вот образом работайте над ней, пытаясь свести до минимума промежуток от сигнала до завершения удара. Проводите аналогичную тренировку, заменив звуковой сигнал касанием. Попросите домочадцев помочь в этом. Цель та же – свести промежуток до минимального. Естественно, что так вырабатывается резкость.

Еще одним замечательным упражнением для скорости является удар по газете. Попросите кого-то подержать или просто прикрепите к бельевой веревке прищепками лист газеты и старайтесь как можно резче бить в него. Если в какой-то момент удалось кулаком прорвать лист – Вы мастер резкости и скорости.

Советую Вам заниматься подобного рода тренингами вдвоем и более, так как есть упражнения, которые потребуют помощи партнера. Товарищ рядом? Ну тогда вспоминайте бокс. Даже если Вы им не занимались, то обязательно видели такие упражнения по телевизору или в фильмах.

Если настрой серьезный, то обзаведитесь боксерскими лапами. Пусть Ваш партнер, надев их, все время меняет положение рук: выше, ниже, дальше, ближе. Главное, чтобы не превышалось расстояние удара. В свою очередь, старайтесь максимально быстро, резко бить, чтобы партнер не успевал отвести лапу.

Также попробуйте наносить удары по корпусу, в то время как партнер неожиданно для Вас будет резко отскакивать. Необходимо успеть сориентироваться и ударить, пока партнер не выскочит из области, в которой Вы можете до него дотянуться. Согласны, что это отличная тренировка скорости?

Как добиться силы удара

Для достижения нокаутирующего эффекта, помимо скорости, необходима также тренировка силы удара. Здесь нам на помощь придут отжимания. Отжимайтесь на кулаках, на пальцах, с хлопками. Исходное положение – руки находятся на ширине плеч, можно немного шире. При опускании постарайтесь не расставлять локти, а вести их вдоль тела. Отжиматься надо резко, быстро.

Работая с грушей, постарайтесь пробить ее. Бейте не по ней, а внутрь нее. Еще одно хорошее упражнение – это раскачать мешок и бить встречные удары. Выполняя любые упражнения с боксерской грушей, берегите запястье.

Невероятно полезны как для сильного удара рукой, так и для выносливости всего организма. Начните с веса в 1-1,5 кг. Возьмите гантели, вытяните перед собой руки и начинайте быстро совершать махи: вверх, вниз, влево, вправо. Сделайте 3 подхода по 3 минуты, выделяя по 30 секунд на каждое направление махов. Такая тренировка не только укрепляет плечи, делая их максимально выносливыми, но также поднимает болевой порог. Каким образом? А Вы сделайте эти 3 по 3 – поймете.

Еще можете провести бой с тенью. Также с гантелями в руках выполняйте различные комбинации по воображаемому противнику. Чем дольше будет тренировка, тем, в результате, сильнее, мощнее будут удары, тем выше будет скорость без грузов, тем выносливее и ритмичнее будете работать.

Как закалить руки

Кстати, очень верный вопрос. Действительно, для нокаута важны твердые, закаленные внешние части кистей. Здесь снова на помощь придут отжимания. Отжимания на кулаках мы уже делали. Теперь попробуйте выполнить это же упражнение на фалангах, на костяшках пальцев. Точно говорю, сперва будет больно. Поэтому начните такие занятия, например, на полотенце.

Со временем поверхность, на которой Вы отжимаетесь, должна стать максимально твердой, а болевые ощущения должны полностью исчезнуть. Подобный тренинг также защитит Вас от ненужных, лишних травм кисти, а это, согласитесь, немаловажно.

Чувствовать за собой силу, способность поразить противника одним резким движением рукой, безусловно, значительно добавляет уверенности. Однако старайтесь применять эти навыки исключительно в спорте, а конфликты решать максимально возможным в каждой отдельной ситуации мирным путем. Поверьте, меньше уважать Вас от этого не станут.

Укрепляйте здоровье, тренируйте тело, помните о разминках, о правильном дыхании. Я не прощаюсь, так как завтра мы снова встретимся на том же месте. До встречи.

Какие мышцы важнее для ударника? Как улучшить координацию, увеличить силу и скорость удара ?

Многие ваши физические аспекты, такие как координация, сила, скорость — зависят от мышц нижней половины тела. Тогда как более техничные аспекты ударника — например, точность ударов и защитная техника, зависят от верхней части тела . В зависимости от того, что вы считаете более важным для себя, вы можете сконцентрироваться на развитии силы, ручной скорости, выносливости или всего вместе.

Ключевое понятие в эффективной методике тренировки ударника заключается в понимании того, какие мускулы используются в боксе и в умении развивать их.

Под «ногами» в данном случае мы рассматриваем икроножные мышцы и голень. В боксе все удары идут от земли. Так как вы стоите на земле ногами, именно от ног зависит вся сила удара . Кроме того, не забывайте, что в ногах находятся самые большие мышцы в теле человека. Именно поэтому большая часть ударов в боксе наносятся при помощи вращения и разгибания ног.

Именно ноги ответственны за силовую мощь в ударах. Если вы посмотрите на великих нокаутеров из истории бокса, вы увидите, что у них не настолько были развиты мышцы груди и плеч, сколько мышцы ног. Маркос Майдана, Мэнни Пакьяо, Томас Хирнс, Феликс Тринидад. Эти имена — лишь немногие, что пришли первыми в голову. У них нет накачанных мышц туловища, но в их кулаках скрывается пушечная мощь. Даже Майк Тайсон был больше накачан в ногах, чем в верхней части тела .

Бедра — связующее звено между туловищем и ногами. Они также обеспечивают львиную часть ударной мощи за счет вращения всего тела. Еще одна важная функция бедер — координация. Так как это часть тела находится в центре, чем сильнее развиты бедра, тем лучше будет развита координация.

Мышцы пресса

Эти брюшные мышцы — целый набор мощных мускулов, которые удерживают всю массу тела. Каждая часть вашего тела производит какое то количество энергии, но именно мышцы живота позволяют объединить все это в одну силу. Кроме этого, эти мышцы отвечают за правильное дыхание и за защиту от ударов в корпус.

Спина — это каркас, удерживающий вместе все мышцы и объединяющий усилия, которые производят все части человеческого тела. Еще один немаловажный факт, о котором мало кто знает — это то, что спина отвечает за восстановление удара, то есть за скорость, с которой рука вернется к защите после удара. Не забывайте, что когда вы работаете с мешком, руки «отталкиваются» после ударов автоматически. В реальном бою вам придется расходовать на возврат руки свою энергию и без мышц спины вы устанете очень быстро.

Плечевой пояс очень важен для выносливости ударника. Если руки бойца слишком устали во время поединка, то по большей части — это уставшие плечи. Подумайте об этом, если почувствуете себя уставшим во время боя. В физическом плане это объясняется сравнительно небольшими мышцами, которые «держат» тяжелые руки.

Так что если вы хотите выбрасывать большее количество ударов и при этом быть способным держать руки достаточно высоко — уделяйте больше внимание мышцам плечевого пояса.

Руки ответственны за «передачу» силы удара , т.е. это связующее звено между вашей энергией и соперником. Сами по себе, они не ответственны за силу удара — за это отвечают ноги . Соответственно, гораздо важнее иметь быстрые руки, а не сильные руки. Трицепсы отвечают за скорость прямых ударов , а бицепсы — за скорость боковых и апперкотов. Вы наверняка слышали не раз от своего тренера о том, что нельзя «забивать» мышцы. Это абсолютно правильно, должны лишь доносить энергию и мощь, которые выдают ноги и туловище, и при этом делать это как можно быстрее.

Мышцы груди — связующее звено между плечами, мышцами живота и руками. Также мышцы груди отвечают за силу удара, которая генерируется в верхней части тела .

Маленькие мышцы.

Мышцы шеи необходимы для сопротивления ударам. Мышцы запястья необходимы для сжатия кулака и увеличения силы удара .

Для того чтобы удар стал мощнее нужно понять за счет чего образуется его сила:

  • техника, траектория удара;
  • скорость;
  • масса тела.

Постановка техники

Именно техника нанесения ударов, в первую очередь, влияет на их силу. Если хотите преуспеть в этом, то необходимо обратиться к тренеру, который сможет вам объяснить по какой траектории должна идти рука или нога, когда стоит максимально напрячь или расслабить кулак, как тело должно себя вести в момент удара. Разберем некоторые моменты далее.

Стопы

  1. Должны находиться чуть шире ширины плеч.
  2. Пятка поднимается в первую очередь.
  3. Стопу при ударе необходимо разворачивать в сторону движения руки.
  4. При ударе правой рукой левая стопа находится на месте, а пятка правой приподнимается и наоборот.
  • Колени должны быть слегка согнутыми, а вес тела переноситься вперед.
  • Бедра разворачивайте в сторону соперника, одновременно с нанесением удара.
  • Полное движение корпусом при ударе, при близком выбросе руки эффективнее.
  • Никогда не тянитесь вперед, резко поворачивайте туловище.
  • При замахе не отводите руку назад, так вас можно легко разоблачить.
  • Кулак при ударе необходимо сжать максимально сильно.
  • При каждом ударе делайте выдох.

Все перечисленные требования необходимо выполнять одновременно.

Технику можно совершенствовать всю жизнь, от чего удары будут становиться все сильнее. Обратите внимание именно на эту составляющую, как основную.

Развиваем силу, скорость и взрывную энергию

Набивание мяча

Найдите свободное пространство для выполнения этого упражнения. Постарайтесь найти тяжелый мяч, который используют боксеры на тренировках. Если его нет, воспользуйтесь баскетбольным.

Исходное положение: ноги на ширине плеч, корпус прямо. Поднимите мяч высоко над головой. С силой ударьте мяч об пол и поймайте после отскока. Повторите упражнение не менее 15 раз.

Если вы живете в квартире, то лучше откажитесь от данного упражнения, иначе можно разбить потолок соседям.

Приседания с прыжком

Исходное положение: встаньте ровно, ноги на ширине плеч, руки по бокам. Присядьте до уровня, когда колени станут на одном уровне с бедрами. Максимально выпрыгните вверх, поднимая при этом руки. Повторяйте прыжки до тех пор, пока не закончатся силы (для лучшего эффекта можно взять в руки гантели).

Что касается верхней части тела, то тут для мощного удара большую роль играют: трицепсы, мышцы спины и плечи.

Подтягивания

Руки при подтягиваниях необходимо держать чуть шире плеч. При желании можно вешать на пояс отягощения. Старайтесь подтянуться как можно больше раз.

Отжимания

Руки старайтесь держать максимально близко друг к другу. Спину не прогибайте, держите ровно. Отжимания развивают трицепсы, мышцы спины и груди. Жим лежа «работает» по тому же принципу. Для укрепления кисти попробуйте отжиматься на кулаках.

Обратные отжимания

Найдите скамью, встаньте к ней спиной, обопритесь ладонями, слегка присев. Начинайте опускаться и подниматься на руках. Выполните три подхода по двадцать раз.

Подъем гири вперед

Расставьте ноги по бокам. Возьмите гирю одной рукой и держите её между ног на выпрямленной руке. Согните ноги слегка в коленях. Резко рваните гирю вперед, до уровня в 90 градусов по отношению к корпусу. В самой верхней точке спина должна быть прямая. Повторите до восьми подъемов гири одно рукой. Затем поменяйте руку. Вы должны чувствовать напряжение в мышцах.

Рывок

Упражнение аналогично предыдущему, с той лишь разницей, что гиря теперь поднимается над головой. Через 8-12 повторений меняйте руку.

Рывок с толчком

Гирю поместите между ног. Положите руку на нее, отставив бедра назад. Резко рваните вверх, расположив руку так, чтобы закинуть гирю на плечи. Теперь используйте толчок, чтобы поднять ее над головой. Вернитесь в исходное положение. Делайте по десять подъемов гири одной рукой.

Подъем гири вверх из сидячего положения

Закиньте гирю на плечо, присев на корточки. Левую руку выставьте вперед, это поможет держать равновесие. Поднимите гирю вверх. Выждите секунду, после чего сделайте второй подъем. Поменяйте руку. Следите за тем, чтобы икры и ягодицы находились в напряжении.

Подъем гири из лежачего положения

Лягте на спину, возьмите в одну руку гирю и поднимите ее. Рука должна всегда находиться в вертикальном положении. Из этого положения вам нужно постараться подняться. Сначала сгибайте одну ногу, затем вторую. Можно помогать свободной рукой. Сделайте упражнение около десяти раз.

Толчок двух гирь

Закиньте две гири на плечи. Сделайте вдох, после чего, рывком, поднимите обе гири над головой. Медленно опустите их. Пресс во время выполнения упражнений должен быть напряжен.

Другие варианты развития силы удара

  • Регулярно используйте кистевой эспандер. Купите самый жесткий снаряд и работайте попеременно, обеими руками. Обязательно нужно сжимать эспандер резко, прикладывая всю силу. Упражнение помогает развить межпальцевые мышцы и предплечья. В итоге кулак станет крепче и мощнее.
  • Каждый день прыгайте на скакалке, высоко поднимая бедра. Старайтесь коленями достать до грудной клетки.
  • Не менее эффективны упражнения с кувалдой. Возьмите инструмент (это лучше делать возле гаража) и начинайте наносить удары по ненужным покрышкам. Во время выполнения упражнения активизируются именно те мышцы, которые участвуют при нанесении ударов.
  • Попросите партнера помочь вам. Необходимо работать на «лапах». Бейте так, словно мишень находится на несколько сантиметров дальше лапы. Старайтесь как буд-то пробить снаряд насквозь. Это упражнение поможет не терять скорость и бить противника сильнее.
  • Самыми эффективными считаются удары, которых совсем не ждешь. Бить нужно неожиданно, чтобы противник не успел среагировать. Развить скорость и резкость поможет упражнение «бой с тенью». Выполняйте упражнение ежедневно, не менее десяти минут. Дополнительно в руки можно добавить гантели по 1-2 кг.
  • Можно использовать резиновый жгут или вырезать прямые куски из автомобильной покрышки. Привяжите один конец материала к стене или чему-то, что надежно закреплено. Другой конец возьмите в руку и наносите удары, сопротивляясь обратному давлению резинки.
  • Для развития взрывного удара, можно отжиматься на кулаках и ладонях с отрывом от пола. Достаточно трех подходов по десять раз.
  • Для увеличения скорости попробуйте бить в прыжке. Начните с одного удара и постепенно увеличивайте. Так, должно получаться нанести 3-4 удара до того, как ноги коснуться пола.

Все перечисленные упражнения помогают развить силу удара, сделать мышцы и сухожилия рук крепче, а также выносливее. При регулярном их выполнении результат будет заметен уже через неделю.

Сильный удар необходим, но использовать его нужно только для защиты. Всегда помните о последствиях, которые могут возникнуть.

Важность точности нанесения ударов

Насколько бы не были сильны ваши удары, если их наносить по защищенным местам, толку от них будет мало. Важно бить в уязвимые места. С точки зрения анатомии, нокаут — критическая нагрузка на мозжечок. Импульс из ЦНС отключает организм. Прямое воздействие на этот центр мозга проводится ударом в:

  • челюсть;
  • висок;
  • затылочную часть головы.

Кроме головы есть и другие уязвимые места, воздействие на которые способно деморализовать соперника. Мощное атака на такие зоны прерывают нормальное функционирование организма, лишая противника сознания и дееспособности:

  • печень – «депо» крови и удары в эту область вызывают спазм, удушье и потерю сознания;
  • солнечное сплетение — большая связка нервов, точное попадание гарантирует временную остановку дыхания и лишает возможности действовать;
  • под сердце: мощное проникающее воздействие кулаком или ногой приводит к тахикардии, блокировке дыхательного центра, а иногда и остановке сердца;
  • низ живота и пах — без комментариев.

Нокаутирующий порог для каждого человека индивидуален, но известно, что уже удар силой 150 кг может выключить противника, если он производится точечно и внезапно. А для нижней части челюсти достаточно — 15 кг! В классическом боксе учат бить по следующим уязвимым местам на теле человека:

Занесенный в Книгу рекордов Гиннеса принадлежит Майку Тайсону, но вопросом увеличения силы удара рукой задаются как спортсмены, так и обычные люди. При отсутствии каких-либо средств самообороны руки остаются Вашим главным оружием.

Перед тем как перейти непосредственно к занятиям, нужно разобраться, от чего зависит сила удара кулаком? Как гласит физика, силой называется умноженная на ускорение масса. А значит, на удар влияют такие факторы:

  1. Скорость нанесения.
  2. Масса руки, которой наносится.
  3. Масса тела.

Поэтому тренировать придется все, что указано выше. Для силовой тренировки хорошо подойдут упражнения с использованием отягощений. Важно понимать, какие мышцы работают при ударе. Поскольку задействуются лишь некоторые мышцы, делайте акцент на рабочих.

Как правильно наносить

Нужно занять позицию, подбородок опустить вниз и прижать. Руки должны прикрывать лицо, а ноги в коленях слегка согнуты.

Затем сжимаем пальцы в кулак, задней ногой отталкиваемся, увеличивая скорость руки и выбрасывая ее, разворачиваем плечо на 180 градусов. Развитие силы удара зависит от правильного его нанесения.

Силовая тренировка для груди

Отжимания с хлопками

В этом упражнении почти вся нагрузка осуществляется на грудные мышцы и трицепс. Чем шире раздвинуты руки, тем нагрузка трицепса меньше.

Для того, чтобы приступить к выполнению, примите упор, лежа и раздвиньте руки чуть шире ширины плеч.

Держите ноги и спину ровно. Чтобы усилить эффект, можно опрокинуть ноги на скамью. Так нагрузка сместится на верхние отделы мышц груди.

Отжимания на широких брусьях

Главная нагрузка при отжиманиях на таких брусьях происходит на грудь, второстепенная распределяется между дельтовидными мышцами и трицепсом.

Необходимо принять стартовую позицию, после чего наклоняя корпус и раздвигая локти опускаться вниз.

Сделать это нужно на вдохе. Во избегания травм, не делайте резких движений и рывков.

Жим штанги лежа широким хватом

Необходимо горизонтально лечь на скамью и жать от груди штангу, обхватив гриф широким хватом.

Для создания более жесткой опоры, сожмите ваши лопатки и напрягите верхние спинные мышцы.

Такое упражнение заметно расширяет грудную клетку и увеличивает ширину плеч. Бодибилдеры активно упражняются таким же методом.

Силовая тренировка для трицепсов

Отжимания на узких брусьях

Одно из лучших упражнений, воздействующих на трицепс. Техническая часть выполнения ничем не отличается от отжиманий на обычных брусьях.

Вся суть заключается в положении тела, оно должно сохранять вертикальное положение. Локти должны быть сильно прижаты к телу.

Только при таких условиях нагрузка на трицепс будет максимальной, и набрать мышечную массу будет легче и быстрее.

Жим штанги лежа узким хватом

Активно используется спортсменами для силовой подготовки трицепсов.

Большая часть нагрузки ложится на их длинную головку, она является самой массивной.

Старайтесь при выполнении не помогать себе грудью, так как она будет забирать часть нагрузки.

Важно учесть! Хват ни в коем случае не должен быть уже ширины плеч. Эффективности это не добавит, а риск получить травму возрастает в разы.


Тренировка силы для дельты

Подъем гантелей через стороны

Упражнение характеризуется адским жжением в середине плеча. Приток нагрузки при выполнении приходится на средние пучки.

Упражнение является изолирующим и требует внедрения в Ваш комплекс тренировок. Лучше всего выполнять его с небольшим весом.

Количество повторений может варьироваться в пределах вплоть до 25 раз. Куда большую роль играет точность выполнения, что невозможно с большим весом.

Подъем гантелей перед собой

Упражнение также несет изолирующий характер. Большая часть нагрузки приходится на передние дельтовидные мышцы.

Техника выполнения упражнение практически идентична предыдущему. Выполнять можно как обеими руками одновременно, так и по отдельности. Поднимая только одну руку, мозгу будет легче работать, а нагрузка почувствуется сильнее.

Развитие скорости

Развивать скорость можно подобными упражнениями:

  1. Нанесение ударов в прыжке. Прыгаете, затем находясь в воздухе, делаете серию ударов. Они должны быть прямыми.
  2. С гантелями или утяжелителями. Удары подойдут как прямые, так и боковые. Вес гантелей должен быть подобран правильно, они не должны быть слишком тяжелыми. Хорошо подойдет вес от 0,5 до 1,5 кг.

Как оказалось, натренировать силу удара не так уж и трудно. Регулярное выполнение вышеуказанных упражнений сделает мышцы более массивными, а удар быстрым.

Перед Вами руководство по нанесению ударов для боксеров, бойцов и всех тех, кто хочет поставить правильный и сильный удар! Научитесь нокаутирующему удару прямо сейчас!

Прежде чем начать разговор о сильном ударе необходимо освоить теоретические основы порождения энергии телом человека. Затем научимся ставить тело в правильную позицию, чтобы вся ваша сила и весь ваш вес эффективно «влились» в ваш удар. Затем вы научитесь правильной технике нанесения ударов, которая сделает удары сильнее. И, наконец, я дам вам несколько подсказок о том, как увеличить ущерб от ударов, которые вы наносите своему оппоненту.

Базовые теоретические основы нанесения сильного удара:

1. Скорость – не сила. Сила – это ускорение. То есть сила – это не только скорость. Нужно иметь вес, который вы будете разгонять. Быстрый удар не будет сильным, если не вложить в него часть веса вашего тела.

2. Двигайте телом. Помните знаменитую теорию Брюса Ли «дюймовый удар»: перемещение всего веса тела на один дюйм (2, 54 см) даст больший эффект, чем перемещение одной руки на один фут (30 см). Для получения максимальной силы необходимо движение всего тела во время удара. Трудность состоит в том, что не нужно фокусироваться на перемещении веса тела на большое расстояние, важно перемещать тело одновременно (взрывной режим).

3. Используйте ноги. Самые крупные мышцы тела дадут больше всего энергии. Те, кто наносят удары только используя вес рук, никогда не добьются серьезной силы удара.

4. Находитесь в пределах своей ударной дистанции. Даже самый сильный удар пропадет понапрасну, если ваши руки слишком сильно выпрямляются (вы не достаете). Ваш удар будет сильнее, если кулак достигнет цели чуть раньше, чем ваша рука полностью выпрямится. Не вытягивайтесь!

5. Наносите удары под разными углами. Такие удары будут сильнее; возникнет больше возможностей для нанесения ударов и ущерб от них будет большим.

Поток энергии

  • Стопы располагаем чуть шире, чем на ширине плеч.
  • Пятка задней стопы (правая у боксера-правши) всегда чуть приподнята.
  • При ударе ваши стопы будут вращаться (или скручиваться) в направлении удара.
  • При нанесении серии ударов ваши стопы будут вращаться (или скручиваться) в ту или иную сторону в зависимости от того, с какой руки вы бьете.
  • При нанесении удара правой рукой пятка правой ноги приподнимается, в то время как левая стопа полностью находится на полу. При ударе левой рукой — все наоборот.
  • Когда вы наносите свой сильнейший удар, обе стопы должы быть плотно прижаты к полу. (Это правило мы нарушим позже, когда научимся наносить удары с вращением/скручиванием).
  • Ноги чуть согнуты в коленях.
  • При нанесении удара чуть подсаживайтесь (вес тела идет вниз), сгибая колени.
  • Поворачивайте бедра в направлении противника, как будто вы наносите удар бедром.

КОРПУС ТЕЛА

  • Ваш торс должен вращаться с максимальной амплитудой и ваш удар «вылетает» за счет этого вращения.
  • Вращение корпусом с большой амплитудой и небольшим «вылетом» бьющей руки дает более сильный удар, чем небольшое вращение корпусом с полным выпрямлением руки.
  • Не наклоняйтесь вперед, не пытайтесь «достать» соперника – вместо этого вращайте корпус!
  • Ваши плечи должны быть расслаблены, так вы увеличите скорость и силу, а также сбережете энергию.
  • Во время удара поднимайте плечи выше – это увеличит силу удара за счет работы мышц плеча.

ПРЕДПЛЕЧЬЯ

  • Вначале удара предплечья расслаблены.
  • Когда вы выбрасываете свой удар, ваши руки летят в направлении соперника и выпрямляются до касания тела противника.
  • На наносите слишком длинных ударов (не пытайтесь дотянуться до противника) иначе нарветесь на встречный удар.
  • Не оттягивайте кулак к себе перед нанесением удара. Это называется «телеграфирование», которое позволяет опытному бойцу увидеть удар еще до его нанесения и отразить его.

КИСТИ РУК

  • Когда вы не наносите ударов ваши кисти расслаблены. Можно сформировать кулак, но не нужно его сжимать.
  • Когда вы наносите удар, ваш кулак превращается в кирпич, который вы доставляете сопернику.
  • Ваша перчатка начинает движение от вашего лица и заканчивает там же.
  • Для прямых ударов вы переводите кулак в горизонтальную плоскость перед контаком. При нанесении боковых ударов по корпусу или в голову кулак может стоять вертикально («стаканчиком»).
  • Жесткий выдох на каждом ударе.
  • Глаза в 100%-ной готовности. При нанесении ударов нужно смотреть прямо в цель.
  • Подбородок слегка опустите, чтобы спрятать его за плечом бьющей руки.

Все, что я только что описал, называется потоком энергии. Нужно, чтобы вы чувствовали, как энергия проходит через все ваше тело от стоп к кулакам. Если одна часть вашего тела ленится или вы не чувствуете ее участия в ударе, нужно больше тренироваться, чтобы эта часть тоже стала активно участвовать в процессе нанесения ударов.

Прицеливание

  • Изучите дистанцию всех ваших ударов стоя на месте и потом с быстрым подшагом вперед. Старайтесь, чтобы все ваши удары находились ВНУТРИ этого диапазона.
  • Удары со слишком длинной и со слишком короткой дистанции не будут иметь максимальной силы.

Джеб (прямой удар левой)

  • Быстрый шаг вперед сделает этот удар гораздо сильнее.
  • Вытяните бьющую руку и приподнимите плечо – так вы сможете реально «воткнуть» свой джеб в противника.
  • При нанесении джеба не наклоняйтесь вперед. Оставьте это для своего следующего удара – правого кросса.

Прямой правый или правый кросс

  • Вращайте корпусом, вращайте корпусом и…вращайте корпусом.
  • СОВЕРШЕННАЯ цель для этого удара не находится прямо перед вами. Я покажу вам где она. Сделайте вот что: вытяните свою левую руку будто наносите джеб. Вытяните руку полностью и оставтье ее в этом положении. Теперь представьте, что ваш соперник уклонился влево от вашего джеба и его лицо теперь примерно в 30 сантиметрах от вашей вытянутой левой руки. Вот это пространство в 30 сантиметрах и есть то место, где ваш правый удар будет наиболее сильным. Не верите? Попробуйте проверить на мешке. Станьте не по центру мешка, а чуть правее и нанесите правый прямой, максимально вращая корпусом против часовой стрелки. Чувствуете силу удара? Отлично!

Хук слева (левый боковой)

  • Нанося левые боковые удары в корпус противника, опустите локоть. Если бьете боковой в голову, локоть поднимите.
  • Научитесь останавливать свой боковой удар. Не нужно, чтобы он пролетал сквозь противника. Потренируйтесь останавливать этот удар, в тот момент, когда ваш кулак находится прямо перед вами. Это даст тот самый «хлопок» от удара (как от хлыста) и не позволит вам «перекрутить» свой корпус.
  • Ну забудьте повернуть обе стопы так, чтобы они смотрели в сторону в момент нанесения этого удара.
  • При нанесении левого бокового удара опустите правую пятку на пол и проподнимите левую, чтобы предедать всю энергию левой ноги своему удару.

Хук справа

  • При нанесении правого бокового удара перенесите вес тела с задней ноги на переднюю и сделайте быстрое движение головой, вовлекая ее вес в удар, не отводя глаз от места, куда бьете.
  • При нанесении хука справа следите за тем, чтобы ваша голова двигалась не в сторону, а вперед — прямо на соперника. (Это сделать непросто, но это придаст вашему удару больше мощи, хотя иногда в целях защиты вам придется делать значительное движение головой вперед).

Апперкот

  • Забудьте все, что видели в фильме «Уличный боец».
  • Настоящий апперкот – удар короткий и быстрый. Удар не идет до предела вверх, он на самом деле наносится вперед.
  • Представьте себе, что наносите длинный правый кросс. А теперь сделайте новый кросс, но только теперь поверните кулак так, чтобы ваша ладонь «смотрела» вверх. Теперь бросьте свою правую руку прямо в голову противника.
  • Апперкот не обязательно наносить строго снизу вверх, лучше бросать руку от вашей талии по диагонали вверх. Удар этот не вертикален, в нем есть движение по горизонтали.

Нанесение ударов

Очень важно научиться жестко бить. Жесткий удар нельза нанести просто, когда захочется. Надо научиться ловить момент для такого удара. Ваша дистанция должна быть правильной и не только для первого удара, но и для следующего.

Когда лучше всего наносить сильный удар:

  • Когда соперник бьет сам. Встречный удар всегда наносит больший ущерб.
  • Когда соперник не ожидает удара. Этого можно добиться, пробив его защиту или нанося удары в рваном ритме. Быстрые боксеры делают это благодаря очень скоростному прямому удару правой или левым хуком.
  • Под углом. Удары под углом способны нанести больший урон, быстрее оглушить соперника или по меньшей мере не дать ему подготовить очередной жесткий удар.

Наиболее частые ошибки

  • Подъем стопы с отрыванием от пола. Подъем стопы во время нанесения удара выключает почти весь вес тела из удара.
  • Попытка достать (вытягивание). Такой удар не будет сильным. Более того, вы становитесь отличной мишенью для встречного удара. Если вы бьете так, что вам приходится слишком вытягиваться, чтобы достать соперника, вы ограничиваете себя только этим одним ударом, тогда как нанесение удара с сохранением баланса и равновесия дает возможность бить серийно.
  • Забывают про джеб. Если вы не бьете джеб, вам никогда не удастся подготовить по-настоящему жесткий удар. Пользуйтесь джебом! Короткий сильный джеб оглушает соперника (или отвлекет его) и помогает вам подготовить коронный жесткий удар.
  • Слишком быстрые серии. Что происходит, когда вы, возбудившись в бою, начинаете наносить много быстрых ударов только весом рук, т.е. вообще не вкладываете вес остальных частей тела в удары? Конечно, у вас много энергии и ваши удары все кажутся вам достаточно сильными, однако, с течением времени руки устанут и сила в ударах исчезнет совсем.
  • Телеграфирование. Ни в коем случае перед ударом не отводите кулак к себе (как бы замахиваясь). Очень многие боксеры делают это в ринге и их удары становятся предсказуемыми. Попробуйте стоя у мешка без движения выбросить удар по чьей-либо неожиданной для вас команде. Не стоит прыгать туда-сюда, в предсказуемом для соперника ритме.
  • Держитесь подальше от работы с весом. Попытка поставить мощный удар за счет жима штанги лежа – то же самое, что попытка побить рекорд скорости в беге на спринтерские дистанции за счет работы со штангой на развитие мышц ног. Написано множество противоречащих друг другу статей на тему полезности или бесполезности тренировок с весами для постановки жесткого удара, однако, наука проста: при работе с весом ваше тело становится сильнее при медленном движении (удар же – движение быстрое). Более того, тренировки с весами заметно увеличит вашу силу в очень ограниченном количестве типов движений. Тело будет развивать неестественные размеры мышц, у которых будет мало выносливости. Если бы было возможно построить для бокса действительно сильные и быстрые мышцы, великий боксер- средневес мог бы с легкостью стать великим боксером-тяжеловесом, не так ли?

Тренировки для постановки жесткого удара

  • Бейте медленно. Это – один из моих любимых советов. Я заставляю своих подопечных бить как можно сильнее, но медленно – в половину скорости. Практически всех кого я тренировал, удивлял тот факт, что когда они бьют медленно, сила их ударов оказывается большей по сравнению с силой их быстрых ударов. Причина в том, что ни у одного человека корпус тела не может двигаться быстрее, чем руки. Обычно рука завершает удар еще до того, как корпус начинает вращаться. Нанесение медленных ударов позволяет вовлечь все тело в удар и дествительно помогает сделать удар по-настоящему сильным. Упражнение: станьте во фронтальную стойку у мешка или напротив партнера с лапами. Ноги поставьте чуть шире ширины плеч и чередуйте правые и левые кроссы. Важно, чтобы перед каждым ударом боксер делал двух секундную паузу, будто позирует перед фотографом. Попробуйте! Упражнений на развитие скорости существует множество, однако, на данном этапе наша цель – бить медленно!
  • Плавание – великолепный способ развить силу во всем теле. Упражнений на развитие силы и выносливости, по эффективности равных плаванию, не так уж много!
  • Изометрические упражнения. Станьте у стены, слегка наклонитесь и упритесь кулаком в стену и толкайте кулак, будто ваш удар застрял. Максимальное усилие прилагайте 10 секунд; затем смена рук. 15 повтороений и 3 подхода на каждую руку. Это упражнение тренирует способность тела сохранять энергию. Вы как бы заставляете тело стать резиновым жгутом – как только препятствие на пути кулака исчезнет – БАМ!

Чтобы научиться бить сильнее, вы должны быть готовы забыть все, что знаете, и попробовать что-то новое. Как и во всем остальном, в боксе всегда есть место для совершенствования. Боксеры, считающие, что они знают все, никогда не научатся бить сильнее. Держите ум открытым и обращайте внимание на техники и стратегии, которыми вы сами никогда не пользовались, и тогда достигнете результатов. Уважайте чужую ударную технику и изучайте возможность внедрить ее в свою собственную.

Как натренировать сильный удар

Подробности
Категория: Тренерская

Современный футбол невозможно представить без красивых, дальних ударов по воротам, какими, например, знаменит Криштиану Роналду. Без голов, влетающих в сетку с 30 метров. Так как же натренировать такой удар? На этот вопрос, в свое время, ответил знаменитый армеец, заслуженный мастер спорта Алексей Гринин.

— «Одноногость» — еще полбеды. У нас немало и таких мастеров, которые даже сильнейшей ногой не могут сильно пробить по воротам. В ударах по цели мы заметно отстаем от многих зарубежных футболистов. Вся беда в том, что у большинства наших футболистов удар с детства не поставлен. Отсюда же, с детской секции, берет начало и «одноногость». Ребятишки не любят на тренировках выполнять то, что у них получается плохо. И, наоборот, любят тренировать то, что хорошо выходит. Если детский тренер не переборет это их желание, не заставит чаще упражняться в технических приемах слабейшей ногой, то футболист непременно вырастет «одноногим».

В течение двенадцати с лишним лет я обучал футболистов в детской спортивной школе. Главная особенность моих учеников, добившихся наибольших успехов в футболе, заключалась в большом тренировочном трудолюбии. Они как губка впитывали все указания и замечания тренера. Да и сами внимательно смотрели на все, что я им показывал, перенимали все приемы и детали техники. Делали это сознательно, а не механически.

Обучать 10-летних новичков я начинаю с удара прямым подъемом. Этот удар довольно сложен по технике исполнения и тем не менее имеет преимущества. Какие же именно?

Удар прямым подъемом — один из самых сильных. Технику его исполнения можно назвать классической. Здесь как бы сконцентрированы основные элементы, необходимые для сильного удара любым способом.Кроме того, в играх детей этот удар применяется редко, самостоятельно юные футболисты этому удару научиться не смогут.

Нередко юные игроки увлекаются различными «сухими листами», резаными и кручеными ударами. Когда я проверяю новичков, то вижу, что удар у них летит то вкривь, то вкось. Этому вредному увлечению я сразу же как бы противопоставляю прямой и сильный удар. Я знаю, что если поставлю ученику удар прямым подъемом, то он сможет в игре поразить ворота с 20-30 метров, а обороняясь — отбить от своих ворот на 50-60 метров.

При обучении новичков я сначала демонстрирую удар прямым подъемом в целом. А потом разучиваю с ребятами каждый элемент в отдельности.

Прежде всего — замах. Чем он шире, тем сильнее получится удар по мячу. Ребятишкам не легко освоить широкий замах. С каждым учеником приходиться заниматься отдельно. Поддерживая ученика с тем, чтобы он крепко стоял на одной ноге, я вместе с ним делаю замах ногой.Ребятишки хорошо подражают движениям, и этот метод дает хорошие результаты.

 Следующий элемент — соприкосновение ноги с мячом при ударе. Бить нужно не пальцами и не сгибом голеностопного сустава, а серединой подъема. Этот элемент ребятишки разучивают у стенки. Потом я даю им специальное упражнение — потихоньку ударять по набивному мячу, чтобы они почувствовали, как мяч ложился на ногу. И убедились в том, что для хорошего удара нужно приложить к мячу немалую силу.

И еще. В момент касания мяча ударная нога ударная нога прямая. Носок оттянут, голеностоп напряжен. После удара направление стопы точно вперед, без отклонения в правую или левую сторону.

Опорная нога тоже прямая. В момент удара футболист должен приподняться на носке для того, чтобы носком бьющей ноги не задеть землю. Стопа опорной ноги ставится рядом с мячом.

Освоив по отдельности все элементы, ученики начинают бить мячом в стенку. Зимой при занятиях в зале такую тренировку организовать нетрудно. Здесь ребятишки успевают сделать до 500 ударов. А я хожу от одного к другому и поправляю ошибки.

Многие в момент удара сгибают опорную ногу. Приходиться буквально рукой выпрямлять ее, чтобы ученик понял, в чем его ошибка.

Часто при ударе футболисты сгибаю в колене бьющую ногу, и в результате мяч летит вверх, в то время как удар должен быть настильным. Эту ошибку хорошо видно, когда наблюдаешь за учеником сбоку. Подхожу к такому воспитаннику и требую, чтобы он без мяча имитировал удар прямой ногой. Слежу за тем, чтобы он оттягивал носок. Некоторым говорю, что, мол, если будешь сгибать колено — привяжу к ноге палку.

Типична и такая ошибка: в момент удара стопа идет не точно вперед, а в сторону. Это хорошо заметно по заключительной части движения, когда стоишь позади ученика.

За 10-летними футболистами нужен глаз да глаз. Старые навыки неправильного удара, приобретенные ими во дворах, очень живучи. И если неделю не последить за техникой удара, то дети начинаю бить неверно. Кажется, уже освоили технику. Ослабишь контроль. А у них через тренировку снова появляются типичные ошибки. Поэтому основные элементы удара с новичками нужно репетировать на каждом занятии.

Методика дальнейшего обучения удару обычная: после ударов с места — удары в движении по мячу, удары по встречному и догоняемому мячу. Месяца через три ученикам можно дать упражнения и в более сложных ударах — по катящемуся сбоку мячу, мо летящему, прыгающему и т.п. Эти упражнения первое время под силу лишь самым способным и старательным.

При двухразовой тренировке в неделю я успеваю за зиму обучить ребят ударам по встречному и уходящему мячу. Летом ученики закрепляют эти навыки в более сложной обстановке. Например, при сочетании ударов с предварительной остановкой мяча или обводкой соперника. Количество ударов в каждом занятии сокращается примерно втрое, зато обстановка приближается к игровой. Но, чтобы не проявились ошибки в технике движения, я и летом давал задания на простейшие удары у стенки.

Я, например, считаю, что если у игрока нет сильного удара, то ему просто нечего делать в футболе. Особенно важен сильный удар сейчас, когда в оборону оттягиваются по 8-9 игроков. Тут в штрафную с мячом войти сложно. Зато, можно поразить ворота издали — сильным и точным хорошо поставленным ударом. http://football-magnitogorska.ru

  • < Назад
  • Вперёд >

энергораспределение ударного процесса поезда на основе активно-пассивного метода поглощения энергии | Безопасность на транспорте и окружающая среда

Аннотация

В этой статье исследуются характеристики поглощения энергии поездами для активно-пассивной защиты. Одномерная имитационная модель столкновения традиционных вагонов метро и транспортных средств с активной и пассивной безопасностью была разработана на основе теории динамики множества тел с использованием программного обеспечения для моделирования MATLAB.Эффективность имитационной модели была подтверждена тестами масштабных столкновений. Затем были изучены характеристики поглощения энергии традиционными поездами и поездами активной-пассивной безопасности при различных условиях сортировки. Результаты показали, что при увеличении количества транспортных средств с 5 до 8 поглощение энергии на границе раздела 1 для поездов активной-пассивной безопасности во время столкновения составило 681 кДж, 775 кДж, 840 кДж и 901 кДж, а физическое сжатие стык головного вагона поездов активной-пассивной безопасности составлял 619 мм, 704 мм, 764 мм и 816 мм, что намного ниже максимального значения 1773 мм.Таким образом, головной вагон метрополитена с активной пассивной безопасностью обладал достаточной энергоемкостью. Наконец, чтобы найти максимальную безопасную скорость удара поездов активной-пассивной безопасности, было изучено распределение энергии вагонов метро активной-пассивной безопасности с 8-вагонной сортировкой при различных скоростях удара. Было обнаружено, что безопасная скорость удара вагона метро с активной и пассивной безопасностью, соответствующего требованиям стандарта EN15227 для столкновений, достигла 32 км / ч, что намного превышает безопасную скорость удара 25 км / ч, допустимую для традиционных поездов, и представляет собой увеличение безопасной скорости удара на 28%.Суммарное поглощение энергии столкновения на стыке головного вагона активно-пассивных поездов было на 89,1% выше, чем у традиционных поездов при безопасной скорости удара. Таким образом, метод активно-пассивного поглощения энергии оказался эффективным для повышения ударопрочности поездов метро.

1. Введение

Крушение поезда приводит к серьезным человеческим жертвам и материальному ущербу. Чтобы уменьшить ущерб, причиняемый авариями поездов, во многих странах были изучены их ударопрочность, и были установлены обязательные стандарты.Детальные методы проектирования ударопрочности поездов и основные условия расчета обычно рассматриваются в стандартах по ударопрочности [1, 2]. В целом, эти стандарты ударопрочности основаны на многоступенчатых системах поглощения энергии с использованием технологии пассивной безопасности, в которой деформируемый противовесный подъемник устанавливается в фиксированном положении по обе стороны от края железнодорожного транспортного средства для поглощения кинетической энергии. энергия столкновения. С учетом сцепных свойств железнодорожного подвижного состава, защиты от подъема и поглощения энергии продольный размер деформируемого средства защиты от подъема не может превышать продольный размер сцепной системы.Большие пластические деформации конструкции происходят только в передней части кабины транспортного средства для поглощения кинетической энергии удара [3].

Доказано, что эта пассивная система защиты имеет благоприятный эффект ударопрочности; в результате большинство исследователей уделяют больше внимания характеристикам столкновения железнодорожного транспорта [4–6]. Поскольку муфта на транспортном средстве обычно имеет стандартную конструкцию, основное внимание в исследованиях уделяется сжатой трубке на муфте, в которой обычно используется расширяющийся механизм поглощения энергии [7].В целом концепция ударопрочности железнодорожных транспортных средств основана на предпосылке, что только энергопоглощающая конструкция может полностью рассеивать кинетическую энергию удара, оставляя при этом остальную часть конструкции транспортного средства нетронутой. Поэтому большинство исследователей сосредотачиваются в первую очередь на изучении особых энергопоглощающих структур. Эти специальные энергопоглощающие конструкции обычно соединяются с антиподъемником, который поглощает кинетическую энергию удара и предотвращает подъем транспортного средства.Специальные энергопоглощающие структуры можно разделить на осевое схлопывание [8–10], разрезание [11], расщепление [12, 13], расширение [14, 15], изгиб [16, 17] и инверсионные [18, 19] структуры. . Для увеличения поглощения энергии, несущей способности и эффективности энергопоглощающей конструкции можно использовать тонкостенную конструкцию с различными типами сотового алюминия [20].

В последние годы, стремясь улучшить деформационные ходы и эффективность поглощения энергии энергопоглощающими конструкциями в ограниченном пространстве транспортного средства, большое количество исследователей предложили различные энергопоглощающие конструкции с большими ходами деформации, такие как как термоусадочная круглая трубка [21] и цилиндрическая колющая трубка [22, 23], ход деформации которых приблизился к 100%.Также был предложен новый поглотитель энергии, способный создавать больший ход деформации, чем его свободная длина [24]; эффективное расстояние дробления (ECDR) этой конструкции может превышать 1. Были проведены исследования, чтобы получить более полное представление об энергопоглощающих характеристиках этих технологий и предоставить основные рекомендации по применению поглотителей энергии. Кроме того, рассмотренные выше структуры поглощения энергии эффективно улучшили ударопрочность железнодорожного транспорта, соблюдая обязательные стандарты ударопрочности.

Однако, с постоянным увеличением скорости поездов метро, ​​мгновенная скорость поезда при столкновении может превышать указанную в существующих стандартах по ударопрочности поездов. Чтобы решить проблемы, связанные с более высокими скоростями поездов и быстрым развитием сетей городского железнодорожного транспорта, исследователи из разных стран стремятся повысить безопасную скорость столкновения для транспортных средств метро с 25 км / ч до 36 км / ч, например SAFETRAIN. Спонсируемый Европейским Союзом (ЕС) и МСЖД проект по ударопрочности поездов [25] и проект Horizon 2020 [26].Однако увеличение безопасной скорости столкновения для вагонов метро потребует, чтобы зона деформации вагонов рассеивала почти вдвое большую кинетическую энергию, что значительно увеличит силу удара зоны деформации. Поэтому при аварии поезда жизненное пространство транспортных средств должно выдерживать удвоенную силу удара. Согласно действующим обязательным стандартам ударопрочности, для обеспечения целостности жилого помещения необходимо увеличить прочность железнодорожного подвижного состава, что приведет к увеличению веса конструкции транспортного средства.Чтобы поддерживать такую ​​же осевую нагрузку железнодорожного транспортного средства, это увеличение веса обязательно приведет к уменьшению количества пассажиров, что существенно повлияет на эффективность транспортировки железнодорожного транспортного средства. Альтернативным методом могло бы быть использование высокопрочных материалов для удовлетворения требований к прочности конструкции транспортного средства, что также привело бы к увеличению затрат на производство транспортного средства. Поэтому стоит изучить возможность совершенно нового метода проектирования энергопоглощающих конструкций для железнодорожных транспортных средств, который не влечет за собой увеличения прочности конструкции или производственных затрат.

В предыдущих работах по этой теме изучались только возможности и характеристики поглощения энергии активно-пассивных режущих энергопоглощающих структур [27]; влияние активно-пассивных энергопоглощающих конструкций на ударные характеристики железнодорожного подвижного состава при столкновениях не изучалось. Поскольку железнодорожные транспортные средства состоят из нескольких вагонов, существуют проблемы, требующие особого внимания, такие как ударное повреждение одного вагона и сцепное столкновение между транспортными средствами во время столкновений.Даже при использовании одних и тех же соединителей и энергопоглощающих конструкций характеристики столкновения транспортных средств, находящихся в разных местах посадки, различаются [28]. Было обнаружено, что изменение механических свойств энергопоглощающих структур головного вагона оказывает значительное влияние на характеристики сцепления и удара и характеристики рассеивания энергии всего поезда в процессе столкновения. Поэтому в данной статье используется метод численного моделирования для изучения влияния методов активно-пассивного поглощения энергии на характеристики рассеивания энергии всего поезда во время столкновений с целью получения оптимальных механических параметров активно-пассивного поглощения энергии. конструкции с учетом условий рассеивания энергии удара всего поезда.Разработана одномерная имитационная модель столкновений, учитывающая активно-пассивные методы поглощения энергии, и предложены кривые ударной силы-смещения головного вагона с активно-пассивными энергопоглощающими структурами. Кроме того, изучено влияние механических параметров активно-пассивных энергопоглощающих структур на характеристики рассеивания энергии транспортных средств в условиях различных групповых ударов.

2. Одномерная имитационная модель столкновений

2.1. Теория динамики множественных тел

Стандарт по ударопрочности EN15227 [1] показывает, что многотельную динамическую модель можно использовать для моделирования ударопрочности поездов. Стандарт оговаривает, что обитаемая часть кузова автомобиля должна быть высокопрочной и трудно деформируемой; эту область можно заменить массовыми узлами в моделировании. Кроме того, муфты и энергопоглощающие конструкции между автомобилями можно моделировать с помощью нелинейных пружинных элементов. Модель удара поезда с использованием многотельной модели динамики была предложена в Ambrósio et al.[29], которые продемонстрировали осуществимость модели с помощью моделирования методом конечных элементов (КЭ) и краш-тестов транспортных средств. Ударопрочность высокоскоростного поезда также была проанализирована с помощью создания многотельных моделей [30]. В этом исследовании учитывалось рассеяние энергии транспортного средства в продольном направлении и предполагалось, что транспортные средства не сойдут с рельсов во время столкновения. Таким образом, с использованием теории динамики многих тел были построены два типа одномерной модели столкновения — на основе конструкций традиционных железнодорожных транспортных средств и конструкций железнодорожного подвижного состава с активной и пассивной безопасностью.

В продольном направлении основная сила включает в себя нелинейные рессоры между транспортными средствами. Следовательно, согласно уравнению Лагранжа первого типа для нескольких твердых тел, уравнение движения каждого кузова автомобиля можно записать как

\ begin {Equation} {M} _i {\ ddot {s}} _ i = {f} _i + {F} _i \ end {формула}

(1) где | $ {M} _i $ | — качество кузова автомобиля для первого | $ i $ | ⁠; | $ {f} _i $ | — трение между массой тела и поверхностью рельса для первых ; и | $ {F} _i $ | — нелинейная сила между каждой частицей кузова автомобиля для первых и .{\ prime} = & \ \ left [\ begin {array} {@ {} cccccc @ {}} 0 & \ cdots & 0 & 1 & \ cdots & 0 \\ {} \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots \\ {} 0 & \ cdots & 0 & 0 & \ cdots & 1 \\ {} 0 & \ cdots & 0 & 0 & 0 & 0 \\ {} \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots \\ {} 0 & \ cdots & 0 & 0 & \ cdots & 0 \ end {array} \ right] \ nonumber \\ & \ cdot \ left \ {\ begin {array} {@ {} c @ {}} { s} _1 \\ {} \ vdots \\ {} {s} _n \\ {} {\ dot {s}} _ 1 \\ {} \ vdots \\ {} {\ dot {s}} _ n \ end { array} \ right \} + \ left \ {\ begin {array} {@ {} c @ {}} 0 \\ {} \ vdots \\ {} 0 \\ {} \ frac {f_1} {M_1} \ \ {} \ vdots \\ {} \ frac {f_n} {M_n} \ end {array} \ right \} + \ left \ {\ begin {array} {@ {} c @ {}} 0 \\ {} \ vdots \\ {} 0 \\ {} \ frac {F_1} {M_1} \\ {} \ vdots \\ {} \ frac {F_n} {M_n} \ end {array} \ right \} \ end {align }

(3)

, где

| $ \ {s \} = {\ {{s} _1 \ kern0.T $$

— вектор нелинейной силы для кузова автомобиля; и

$$ [жесткая] = \ left [\ begin {array} {@ {} cc @ {}} {0} _ {n \ times n} & {I} _ {n \ times n} \\ {} {0} _ {n \ times n} & {0} _ {n \ times n} \ end {array} \ right] $$

⁠, | $ {0} _ {n \ times n} $ | для | $ n $ | нулевой квадрат порядка, | $ {I} _ {n \ times n} $ | для | $ n $ | матрица ячеек порядка.

Уравнение (3) преобразуется в

\ begin {уравнение} \ {\ dot {s} \} = [жесткое] \ cdot \ {s \} + \ {f \} + \ {F \} \ end {уравнение }

(4)

Из-за смещения корпуса вектор комбинации скоростей | $ \ {s \} $ | ⁠, отсутствие значимого времени | $ t $ | и матрица коэффициентов | $ [жесткая] $ | ⁠, это также постоянная матрица.Трение поезда, сила пружины и тормозная сила являются нелинейными векторами, тесно связанными с ходом сжатия, относительным смещением и историей времени загрузки соседних транспортных средств. Однако у них нет значительного времени | $ t $ | ⁠. Таким образом, уравнение движения многотельной сцепленной ударной цепи представляет собой сильно нелинейную группу дифференциальных уравнений второго порядка.

Для решения уравнения (4) в технике широко используется метод Рунге-Кутта четвертого порядка. Требуются только базовые операции, такие как умножение и сложение матрицы и вектора, а обращение матрицы не требуется.5) $ | ⁠. Ясно, что этой точности достаточно для удовлетворения инженерных требований. Как только решение получено, кривые изменения скорости, ускорения и смещения транспортного средства, а также хода деформации соединительной муфты и энергопоглощающей конструкции могут быть непосредственно получены в различных положениях группировки. Затем, используя метод пошагового интегрирования, можно получить кинетическую энергию, потребляемую трением транспортного средства в различных положениях группировки, и кинетическую энергию удара, поглощаемую деформацией соединительной муфты и энергопоглощающей конструкции.

2.2. Имитационная модель многотельной динамики

В этом исследовании многотельная динамика была построена из комбинации твердотельных и нелинейно-пружинных элементов с использованием программного обеспечения MATLAB. Кузов автомобиля был упрощен как жесткий кузов. Нелинейно-пружинные элементы, используемые для обозначения муфт и зон деформации, были определены из кривой сдавливающего усилия-смещения вагона метро. Проанализировано рассеяние энергии поездами, оснащенными подвижным составом с двумя типами энергопоглощающих конструкций.В соответствии со стандартом ударопрочности EN15227 [1], условия удара были заданы как движущийся поезд с 7-ми вагонами, который врезался в идентичный стоящий поезд на скорости 25 км / ч. Традиционные вагоны метро, ​​использованные в симуляции, имели три типа сортировки: 5-вагонный, 6-вагонный и 7-вагонный. Для облегчения анализа количество автомобилей и точек соприкосновения с ударами пронумеровано. При столкновении двух вагонов метро с 7-вагонной перегрузкой произошло 13 ударных стыков. Имитационная модель столкновения многотельной динамики поездов представлена ​​на рис.1.

Рис. 1

Моделирование столкновений многотельной динамики поездов

Рис.1

Моделирование столкновений многотельной динамики поездов

При столкновении поездов каждый вагон движущегося поезда получает реакция на ударную нагрузку в разное время. Из-за пластической деформации энергопоглощающей конструкции ударная волна испытывает определенные потери энергии в процессе распространения.В то же время задняя ударная волна распространяется от задней части к передней, а суперпозиция и связь передней и задней ударных волн вызывают множественные столкновения транспортного средства. В разное время состояния нагрузки и разгрузки энергопоглощающих структур между автомобилями различаются, что приводит к неоднородности силы удара, ускорения удара, деформации и поглощения энергии каждого автомобиля. Поэтому для эффективного воспроизведения характеристик нагрузки и разгрузки в процессе моделирования была разработана упрощенная модель нелинейного гистерезиса, как показано на рис.2. Когда межфазная сила находится в стадии нагружения, сила следует за силой сжатия нелинейной пружины F1. Когда межфазная сила переходит в стадию разгрузки, межфазная сила начинает разгружаться (F2).

Рис. 2

Модель гистерезиса загрузки и разгрузки между вагонами

Рисунок 2

Модель гистерезиса загрузки и разгрузки между вагонами

Кривые загрузки и разгрузки показаны на рис.3. Сплошная линия указывает кривую нагружения, содержащую упругое и пластическое поведение, а пунктирная линия показывает кривую разгрузки, проходящую по траектории, параллельной упругому наклону. К кривым нагружения применялась постоянная сила нагрузки, чтобы моделировать силы дробления на различных этапах поглощения энергии. Силы разгрузки были получены из уменьшения упругой деформации конструкций.

Рис. 3

Кривые усилия нагружения-разгрузки транспортного средства

Рис.3

Кривые сила-смещение нагружения-разгрузки транспортного средства

Во время столкновения существуют четыре условия: упругая нагрузка, пластическая нагрузка, упругая разгрузка и пластическая разгрузка. Эти четыре условия определяются следующим образом:

\ begin {уравнение} Состояние \ begin {cases} if \ {d} _t- {d} _ {t- \ треугольник t} \ ge 0 & (загрузка) \\ {} if \ {d} _t \ ge {d} _ {\ mathrm {max}} & (\, следуйте \ загрузке \ кривой) \\ {} if \ {d} _t \ ge {d} _ {\ mathrm {max }} & (\, следуйте \ кривой \ разгрузки) \\ {} if \ {d} _t- {d} _ {t- \ треугольник t} <0 & (разгрузка) \ end {cases} \ end {формула }

(13)

\ begin {equal} Mode \ begin {cases} if \ {d} _ {(t-1) i} (14)

где | $ {d} _t $ | — текущая дистанция дробления; | $ {d} _ {t- \ треугольник t} $ | предыдущее смещение дробления; и | $ {d} _ {\ mathrm {max}} $ | это максимальная дистанция дробления до т .Когда после разгрузки происходит новое нагружение, сила сначала следует кривой разгрузки, пока dt не достигнет расстояния. Для упругой фазы, когда | $ {d} _ {(t-1) i}

2.3. Механические характеристики передней части автомобиля

2.3.1. 2.3.1. Кривые вытеснения головной машины

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части традиционного вагона метро показана на рис.4. Видно, что конструкция кривой силы удара-смещения передней части представляет собой типичную многоступенчатую систему поглощения энергии. Принимая во внимание сцепные и противовесные характеристики железнодорожного подвижного состава, продольный размер структуры поглощения энергии не может превышать продольный размер соединительной системы. При столкновении происходит сцепление двух железнодорожных вагонов, деформационная труба сцепки истощается, срезные болты сцепки выходят из строя при ударе, и сцепное устройство возвращается в поезд.Затем энергопоглощающая структура подвергается пластической деформации. Неважные конструкции на концах кабины водителя также подвергаются большой пластической деформации.

Рис. 4

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части традиционного вагона метро

Рис.4

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части традиционного вагона метро

Разрушающая сила -кривая смещения передней части вагона-метрополитена активной-пассивной безопасности по принципу работы активно-пассивных энергопоглощающих конструкций представлена ​​на рис.5. Разрушающие силы активно-пассивных энергопоглощающих структур и традиционной энергопоглощающей конструкции находятся на одном уровне. Увеличенная длина активно-пассивных энергопоглощающих структур преодолевает ограничения ответвителя на продольный размер поглотителя, что значительно увеличивает ход деформации структур. Кроме того, необходимо обеспечить, чтобы сила удара платформы была постоянной величиной в процессе столкновения, чтобы активно-пассивные энергопоглощающие конструкции обеспечивали изменяющуюся кривую платформы в различных положениях сжатия.На отдельной стадии поглощения энергии активно-пассивным поглотителем энергии сила платформы равна силе разрушения традиционной структуры поглощения энергии. В общей области поглощения энергии соединителя и энергопоглощающей конструкции активно-пассивный поглотитель энергии имеет более низкую платформенную силу, чтобы гарантировать постоянное значение результирующих сил раздавливания поглотителя и соединителя. В практических инженерных приложениях к активно-пассивному поглотителю энергии можно применить трубу с переменным сечением для согласования сил платформы в различных положениях.Видно, что поглощение энергии вагонами метро с активной и пассивной безопасностью намного превосходит поглощение энергии традиционными вагонами метро, ​​что имеет большое значение для ударопрочности поезда в случае высокой рабочей скорости.

Рис. 5

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части вагона активной-пассивной безопасности

Рис. 5

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части метрополитена активной-пассивной безопасности Автомобиль

2.3.2. Конфигурация параметров

В этом исследовании использовались правила рассеяния энергии традиционных вагонов метро и автомобилей с активно-пассивной безопасностью при различных условиях сортировки. Условия удара были заданы как движение движущегося поезда с 8-ми вагонами, идущего во время столкновения с идентичным стоящим составом на скорости 25 км / ч. Коэффициент динамического трения между поездом и рельсом составил 0,003. В исследовании изучались столкновения поездов метро с участием транспортных средств с тремя типами сортировки. Масса прицепа с кабиной (ТК) составляла 32 тонны, масса легковых автомобилей с пассажирами (МП) — 35 тонн, масса прицепа (Т) — 30 тонн.Ударная масса каждой машины составляла условную массу при нормальных условиях эксплуатации плюс половину массы пассажиров. Конфигурация каждой сортировки показана ниже.

Сборка с 8 автомобилями: TC_MP_T_MP_MP_ T_MP_TC

Сборка с 7 автомобилями: TC_MP_MP _T_MP_MP_TC

Сборка с 6 автомобилями: TC_MP_MP_MP_MP_TC

ll 5-вагонный амортизатор и противоударный механизм TC_MP_MP_MP_TC

традиционные вагоны метро показаны в таблице 1.

Таблица 1

Конфигурации сцепки и амортизатора против наезда для традиционных вагонов метро

. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 НЕТ НЕТ
. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 N / A N / A
Таблица 1

Конфигурации муфты и противоскользящего амортизатора для традиционных вагонов метро

. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 НЕТ НЕТ
. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 N / A N / A

Типы компоновки вагонов метро с активной и пассивной безопасностью, исследованные в этом исследовании, были такими же, как и у традиционных вагонов.Конфигурации сцепки головных и средних вагонов для вагонов активной-пассивной безопасности были такими же, как и у традиционных вагонов метро. Однако кривые сила-смещение поглотителя для автомобилей с активной и пассивной безопасностью полностью отличались от кривых для традиционных вагонов метро. Конфигурации сопряжения головных вагонов для машин активной-пассивной безопасности показаны в таблице 2. Из рис. 5 и таблицы 2 видно, что кривые сила-смещение стыка головных вагонов для Активно-пассивные средства безопасности делятся на три стадии: стадия расширения активно-пассивного поглотителя энергии, общая стадия активно-пассивного поглотителя энергии и ответвителя и начальная стадия активно-пассивного поглотителя энергии.

Таблица 2

Конфигурации интерфейса головных вагонов для автомобилей активной-пассивной безопасности

. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной кабины 1100 800 1100 373 1100 600
. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной машины 1100 800 1100 373 1100 600
Таблица 2

Конфигурации пассивных вагонов для интерфейса активной – головной автомобили безопасности

. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной кабины 1100 800 1100 373 1100 600
. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной кабины 1100 800 1100 373 1100 600

2.4. Валидация имитационной модели

Перед изучением характеристик столкновения поездов метро с различными конструктивными структурами необходимо проверить одномерную имитационную модель столкновения, разработанную в MATLAB.Экспериментальные результаты обычно считаются наиболее точными, и этот тип многотельных тестов уже проводился в предыдущем исследовании. Ли и др. [31] исследовали масштабные тесты столкновений различных поездов на основе π-теории. Испытана модель столкновения трехвагонного поезда. Экспериментальная модель рассматривалась только как многотельная динамическая модель для сравнения с результатами моделирования MATLAB при идентичных условиях удара. Одно из этих испытаний, эксперимент с тележкой, врезавшейся в стоящий трехвагонный состав, был проведен, как показано на рис.6. Экспериментальное испытание включало движущийся троллейбус с энергопоглощающими конструкциями спереди и ударил неподвижный поезд с трехвагонными комплектами. Скорость столкновения составила 6,5 м / с. Вся модель столкновения была ограничена гусеницей, чтобы гарантировать, что удар произошел только в продольном направлении.

Рис. 6

Рис. 6

Структура масштабированного кузова вагона показана на Рис. 7, на котором 1, 2 и 3 представляют позиции сортировки поезда, а MED-H, MED -R, CD-H и CD-R представляют собой основной поглотитель энергии головной кабины, основной поглотитель энергии остальных вагонов, дробильное устройство головной кабины и дробильное устройство остальных вагонов соответственно.Параметры сот приведены в таблице 3.

Рис. 7

Конструкция масштабного кузова автомобиля [31]. CD-H: дробильное устройство головной машины; CD-R: дробильное устройство остальных вагонов; MED-H: основной поглотитель энергии головной машины; MED-R: основной поглотитель энергии остальных вагонов

Рис. 7

Конструкция масштабного кузова вагона [31]. CD-H: дробильное устройство головной машины; CD-R: дробильное устройство остальных вагонов; MED-H: основной поглотитель энергии головной машины; MED-R: основной поглотитель энергии оставшихся вагонов

Таблица 3

Параметры сот [31]

Категория . Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0,56 17,188 300
CD-H 10 0,06 0,010 0,06 MED-R 6 0.06 0,436 15,625 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23,4 55
Категория . Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) . MED-H 5 0,06 0,56 17,188 300 CD-H 10 0,010 0,06 0,06 MED-R 6 0,06 0,436 15,625 20 CD-R 7,5 0,06 0,273 23.4 55 Таблица 3

Параметры сот [31]

Категория . Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0.56 17,188 300
CD-H 10 0,06 0,182 9,375 77
MED-R 0 0,4 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23,4 55
Категория . Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0,56 17,188 300
CD-H 10 0,06 0,010 0,06 MED-R 6 0.06 0,436 15,625 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23,4 55

условия исследования параметры и влияние моделирование согласуются с таковыми из вышеприведенного теста. Однородная масса масштабированного кузова вагона — 100 кг, масса тележки — 750 кг. Компоненты, поглощающие энергию, считаются нелинейными исполнительными механизмами, и механические свойства этих исполнительных механизмов определяются путем определения характеристик нагрузки и разгрузки нелинейных пружин.Сила дробления и начальная длина различных энергопоглощающих структур показаны в таблице 1. Результаты моделирования в MATLAB сравниваются с результатами экспериментального моделирования и моделирования методом конечных элементов. На рис. 8 показано сравнение экспериментальных кривых смещения MATLAB и FE. Наблюдая за перемещением троллейбуса, можно обнаружить, что кривые перемещения конечно-элементного моделирования и моделирования в MATLAB похожи, а значения на начальной стадии удара заметно выше, чем в экспериментальных результатах.Основная причина этого заключается в том, что на ранней стадии удара между тележкой и рельсом возникает большое трение, что приводит к быстрому снижению скорости транспортного средства.

Рис. 8

Сравнение экспериментального моделирования, моделирования в MATLAB и FE. (a) Троллейбус, (b) Car1, (c) Car2 и (d) Car3. FE: конечный элемент

Рис. 8

Сравнение экспериментального моделирования, моделирования MATLAB и FE. (a) Троллейбус, (b) Car1, (c) Car2 и (d) Car3.FE: конечный элемент

Сравнение сжатия и поглощения энергии между симуляцией MATLAB и экспериментальным тестом показано в таблице 4. Сравнивались все границы раздела столкновений. Было обнаружено, что каждая ошибка была менее 10%. Оба экспериментальных результата для Car3 были равны 0; это связано с тем, что диссипация энергии на этой границе раздела почти завершилась, и явной деформации не было. В моделировании MATLAB сжатие можно вычислить подробно, но величина результатов мала, и ошибки можно игнорировать.Таким образом, имитационная модель может использоваться для анализа правила масштабированного подобия.

Таблица 4

Сравнение сжатия и поглощения энергии

Категория . Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Троллейбус 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 214 4,2
Автомобиль2 35,7 34 -5 0.84 0,79 -6,3
Car3 2,8 0 Н / Д 0,064 0 Н / Д
9017 .
Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Троллейбус 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 214 4,2
Автомобиль2 35,7 34 -5 0.84 0,79 -6,3
Car3 2,8 0 N / A 0,064 0 N / A
9 Таблица сравнения сжатия и поглощения энергии 4

9010
Категория . Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Тележка 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 65 -4,2
Car2 35,7 34 -5 0,84 0,79 -6,3
Car3 2,8 902 2,8 902 902 0 НЕТ
9010
Категория . Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Тележка 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 65 -4,2
Car2 35,7 34 -5 0,84 0,79 -6,3
Car3 2,8 902 2,8 902 902 0 Н / Д

3. Распределение энергии между различными транспортными средствами

Ударная скорость 25 км / ч была применена к поезду, который столкнулся с неподвижным поездом.Численные результаты для поверхностей столкновения традиционных вагонов метро показаны в таблице 5. Были проанализированы продольный физический ход сжатия и поглощение энергии на стыках столкновений поездов. Следует отметить, что ход сжатия муфт и энергоконструкций на противостоящих автомобилях был практически одинаковым. Общее поглощение энергии интерфейсом головной машины было значительно выше, чем у других интерфейсов в процессе столкновения; физическое сжатие дробящей трубы и поглотителя составляло 300 мм и 611 мм соответственно.Общее поглощение энергии интерфейсом второй машины было значительно выше, чем энергия, поглощенная задней поверхностью раздела, и физическое сжатие дробящей трубы достигло 203,5 мм. Можно сделать вывод, что стыки головного вагона и второго вагона сыграли решающую роль в диссипации кинетической энергии в процессе столкновения между двумя типами поездов.

Таблица 5

Численные результаты для интерфейсов столкновения традиционных вагонов метро

Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
Нет данных 70,2
6 73 45,9 Нет данных 68,7
7 73 203,5 203,5 8 73 300 611 1010
Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
нет данных 70,2
6 73 45,9 нет данных 68,7
7 73 203,5 73 203,5 8 73 300 611 1010
Таблица 5

Численные результаты для интерфейсов столкновений традиционных вагонов метро

Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
Нет данных 70,2
6 73 45,9 Нет данных 68,7
7 73 203,5 203,5 8 73 300 611 1010
Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
нет данных 70,2
6 73 45,9 нет данных 68,7
7 73 203,5 73 203,5 8 73 300 611 1010

Численные результаты для интерфейсов столкновения вагонов метро с активной и пассивной безопасностью относительно скорости 25 км / ч показаны в таблице 6.Как можно видеть, общее поглощение энергии на стыке головного вагона для вагонов метро с активной и пассивной безопасностью было значительно выше, чем у традиционных вагонов метро, ​​что указывает на то, что активно-пассивный поглотитель энергии значительно улучшил способность поглощения энергии. головной машины. Физическое сжатие дробящей трубы на стыке головной кабины было намного ниже расчетного значения 300 мм, что означает, что граница раздела могла рассеивать кинетическую энергию, когда скорость удара становилась больше 25 км / ч.

Таблица 6

Численные результаты для интерфейсов столкновения вагонов метро с активной и пассивной безопасностью

73 9010 71 0
Интерфейс No. . Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 Нет данных 41,6
2 73 36,7 Нет 59,1 59,1 29,3 Нет данных 51,3
4 73 38,6 Нет данных 61,4
5 73 47,8 Нет
6 73 48,5 НЕТ 71,4
7 73 300 Н / Д 337 89 819 901
73 9010 Числовые результаты для коллизии Категория .
Интерфейс No. . Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 Нет данных 41,6
2 73 36,7 Нет 59,1 59,1 29,3 НЕТ 51,3
4 73 38.6 Нет данных 61,4
5 73 47,8 Нет данных 71,0
6 73 4810 Нет 73 4810 7 73 300 Н / Д 337
8 73 218,5 819 901
81 4 Таблица 6 вагоны метро активной – пассивной безопасности

Интерфейс №. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 Нет данных 41,6
2 73 36,7 Нет 59.1
3 73 29,3 Н / Д 51,3
4 73 38,6 Н / Д 61,4 470209 н / д 71,0
6 73 48,5 н / д 71,4
7 73 300 73 300 8 73 218.5 819 901
7110 абсорбция различная энергия Интерфейсы традиционных вагонов метрополитена и вагонов метрополитена активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой показаны на рис. 9. Было обнаружено, что по мере увеличения количества транспортных средств с 5 до 8 , энергопоглощение стыка головного вагона для поездов активной-пассивной безопасности при столкновении составило 681 кДж, 775 кДж, 840 кДж и 901 кДж.Соответствующие цифры для поглощения энергии традиционными вагонами метро составляли 742 кДж, 859 кДж, 947 кДж и 1010 кДж. Увеличение поглощения энергии интерфейсом второй машины традиционных транспортных средств было значительно ниже, чем у транспортных средств с активной и пассивной безопасностью. По мере увеличения количества транспортных средств потребление энергии традиционными вагонами метро составило 114 кДж, 149 кДж, 179 кДж и 234 кДж. Соответствующие результаты для поглощения энергии интерфейсом второй кабины транспортных средств активной-пассивной безопасности составили 173 кДж, 231 кДж, 284 кДж и 337 кДж.Можно видеть, что, когда энергетическая структура вагонов метро была улучшена до активно-пассивного поглотителя энергии, диссипация энергии столкновения постепенно сместилась на второй вагон, что указывает на то, что поглощение энергии на границе раздела второго вагона значительно увеличилось. увеличен по сравнению с аналогичным интерфейсом для традиционных вагонов метро. Снижено энергопоглощение интерфейсов головной машины. Это также показывает, что транспортные средства с активно-пассивной безопасностью смогли рассеять кинетическую энергию, когда скорость удара возросла выше 25 км / ч.

Рис. 9

Сравнение поглощения энергии на различных стыках традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью с 8-, 7-, 6- и 5-вагонным распределением

Рис. 9

Сравнение поглощения энергии на разных стыках традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной пассивной безопасностью с 8-, 7-, 6- и 5-вагонным распределением

Сравнение поглощения энергии на стыках Головной вагон и второй вагон как традиционных вагонов метро, ​​так и вагонов метро с активной-пассивной безопасностью с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой показаны на рис.10. Видно, что по мере увеличения количества транспортных средств с 5 до 8 физическое сжатие стыка головного вагона традиционных поездов во время столкновения составило 741 мм, 849 мм, 929 мм и 989 мм. Физическое сжатие сопряжения головного вагона машины с 8-ми вагонной разборкой превысило максимальное значение 973 мм, что означает повреждение головной машины. Кроме того, физическое сжатие стыка головного вагона для поездов активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой составляло 619 мм, 704 мм, 764 мм и 816 мм, что было намного ниже максимальное значение 1773 мм.Таким образом, головной вагон метрополитена с активной-пассивной безопасностью обладал достаточной энергоемкостью.

Рис. 10

Сравнение физического сжатия интерфейса головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метрополитена активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонным распределением

Рис. 10

Сравнение физического сжатия интерфейса головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной пассивной безопасностью с 8, 7, 6 и 5 вагонами

4.Распределение энергии между различными скоростями удара

Из приведенного выше анализа видно, что головной вагон вагонов метро с активной пассивной безопасностью имел достаточную способность поглощать энергию при скорости удара 25 км / ч. Затем было изучено распределение энергии в вагонах метро с активной и пассивной безопасностью с 8-ми вагонами при различных скоростях удара с целью определения максимальной безопасной скорости удара для поездов с активной и пассивной безопасностью. На рис. 11 показано сравнение физического сжатия стыка головного вагона как традиционных вагонов метро, ​​так и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью при скоростях удара 25 км / ч, 27 км / ч, 29 км / ч, 31 км / ч и 33 км / ч.При увеличении скорости удара с 25 до 33 км / ч физическое сжатие стыка головного вагона традиционных поездов при столкновении составило 980 мм, 1026 мм, 1070 мм, 1117 мм и 1217 мм, что превышает максимальное значение 973 мм. Однако физическое сжатие поверхности раздела головного вагона активно-пассивных поездов при скоростях удара 25 км / ч, 27 км / ч, 29 км / ч, 31 км / ч, 32 км / ч и 33 км / ч. h составляла 819 мм, 1056 мм, 1319 мм, 1591 мм, 1730 мм и 1841 мм, что указывает на то, что физическое сжатие границы раздела головной кабины для активно-пассивных поездов при скоростях удара ниже 32 км / ч не превышало максимальное физическое сжатие 1773 мм.Другими словами, безопасная скорость удара метрополитена с активной и пассивной безопасностью, соответствующая требованиям стандарта EN15227 для столкновений, могла достигать 32 км / ч, что намного превышает безопасную скорость удара 25 км / ч, допускаемую традиционными поездами. и представляет собой увеличение безопасной скорости удара на 28%. Энергопоглощающая конструкция активно-пассивной безопасности была эффективна для повышения ударопрочности поезда метро.

Рис. 11

Сравнение физического сжатия поверхности сопряжения головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью при различных скоростях удара

Рис.11

Сравнение физического сжатия стыка головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью при различных скоростях удара

Активно-пассивный метод поглощения энергии значительно повысил безопасную скорость движения поезда при столкновении . На рис. 12 показано поглощение энергии границей раздела головного вагона активно-пассивных поездов при различных скоростях удара. Из рисунка видно, что поглощение энергии на стыке головного вагона активно-пассивных поездов при безопасной скорости удара 32 км / ч составляет 1910 кДж.Чтобы обеспечить сохранность базовой конструкции поезда, общее поглощение энергии столкновения на стыке головного вагона активно-пассивных поездов было на 89,1% выше, чем у традиционных поездов при безопасной скорости удара.

Рис. 12

Поглощение энергии на границе раздела головного вагона активно-пассивных поездов при различных скоростях удара

Рис. 12

Поглощение энергии на границе раздела головного вагона активного-пассивного поезда с разной скоростью удара

Поглощение энергии различными границами раздела активно-пассивных поездов при максимальной безопасной скорости удара показано на рис.13. Видно, что поглощение энергии стыками головного вагона и второго вагона активно-пассивных поездов при максимальной безопасной скорости удара 32 км / ч составило 1910 кДж и 337 кДж, почти достигнув максимально допустимого значения. значение интерфейса. Иными словами, в процессе столкновения поездов с 8-мя вагонами, способность поглощения энергии головного и второго вагонов была использована в максимально разумной степени.

Фиг.13

Поглощение энергии различными границами раздела активно-пассивных цепей при максимальной безопасной скорости удара

Рис. 13

Поглощение энергии различными интерфейсами активных-пассивных цепей при максимальной безопасной скорости удара

5 . Заключение

В данной статье исследуется ударопрочность поездов метро с активным и пассивным энергопоглощением, а также анализируется распределение энергии в процессе удара поезда на основе метода активно-пассивного поглощения энергии.Были получены следующие выводы:

  • (i) Используя теорию многотельной динамики, в MATLAB была разработана одномерная имитационная модель динамики многотельных столкновений, и эффективность имитационной модели была проверена с использованием результатов предыдущего уменьшения масштаба. эксперименты. Путем сравнения имитационная модель, разработанная для этого исследования, была полностью проверена и может быть использована для анализа характеристик столкновения поездов.

  • (ii) Были изучены правила рассеивания энергии традиционных вагонов метро и автомобилей с активной пассивной безопасностью при различных условиях сортировки.Физическое сжатие стыка головного вагона поездов активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой составило 619 мм, 704 мм, 764 мм и 816 мм соответственно, что значительно ниже максимальное значение 1773 мм. Таким образом, головной вагон метрополитена с активной пассивной безопасностью обладал достаточной энергоемкостью.

  • (iii) скорость удара вагона метро с активной и пассивной безопасностью, соответствующего требованиям стандарта EN15227 для столкновений, достигла 32 км / ч, что намного превышает безопасную скорость удара 25 км / ч, допустимую для традиционных поездов, и что означает увеличение безопасной скорости удара на 28%.Суммарное поглощение энергии столкновения на стыке головного вагона активно-пассивных поездов было на 89,1% выше, чем у традиционных поездов при безопасной скорости удара. Таким образом, там активно-пассивный метод поглощения энергии оказался эффективным для повышения ударопрочности поездов метро.

Заявление о конфликте интересов. Не объявлено.

Список литературы

1.

Британский институт стандартов. BS EN 15227:

2008

: Железнодорожные приложения: требования к ударопрочности кузовов железнодорожных транспортных средств.BSI

2008

.2.

Европейский комитет по стандартизации

.

EN 15663-2000: Железнодорожные приложения: требования к конструкции кузовов железнодорожных транспортных средств

.

2000

.3.

Xu

P

,

Yang

C

,

Peng

Y

и др.

Аварийные характеристики и многоцелевая оптимизация постепенной энергопоглощающей конструкции для вагонов метро

.

Int J Mech Sci

2016

;

107

:

1

12

.4.

Martinez

E

,

Tyrell

D

,

Perlman

B.

Разработка проектов управления энергией столкновения для существующих пассажирских рельсовых транспортных средств. В: Международный конгресс и выставка машиностроения ASME 2004

, Анахайм, Калифорния, США,

2004

,

107

15

. 5.

Priante

M

,

Tyrell

D

,

Periman

B

.

Влияние типа поезда, веса вагона и длины поезда на ударопрочность пассажирского поезда. В: Proceedings of the 2005 ASME / IEEE Joint Rail Conference

, Pueblo, CO, USA,

2005

,

89

96

.6.

Jacobsen

КМ

.

Моделирование динамики столкновения оборудования пассажирских рельсов с управлением энергопотреблением при столкновении: диссертация, представленная Кариной М. Якобсен

.

2008

.7.

Яо

S

,

Li

Z

,

Ян

J

и др.

Анализ и оптимизация параметров расширяющейся энергопоглощающей конструкции для сцепного устройства рельсового транспорта

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

125

:

129

139

.8.

Abramowicz

W

,

Jones

N

.

Динамическое осевое дробление квадратных труб

.

Int J Impact Eng

1984

; 2:

179

208

.9.

Altin

M

,

Güler

MA

,

Mert

SK

.

Влияние процентного наполнения пеной на способность поглощать энергию сжатых в осевом направлении тонкостенных многокамерных квадратных и круглых труб

.

Int J Mech Sci

2017

;

131–2

:

368

379

.10.

Чжан

X

,

Чжан

H

.

Некоторые проблемы с осевым дроблением многоячеек

.

Int J Mech Sci

2015

;

103

:

30

39

. 11.

Гуань

W

,

Gao

G

,

Li

J

и др.

Анализ раздавливания и многоцелевая оптимизация абсорбера для резки алюминиевых труб для железнодорожного транспорта при квазистатической нагрузке

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

123

:

395

408

.12.

Dong

H

,

Gao

G

,

Chen

X

и др. .

Анализ на раздавливание поглотителя энергии колюще-изгибаемого стального листа при осевой нагрузке

.

Int J Mech Sci

2016

;

110

:

217

28

. 13.

Хуссейн

RD

,

Руан

D

,

Lu

G

.

Резка и дробление квадратных труб из алюминия / углепластика

.

Compos Struct

2017

;

171

:

403

418

. 14.

Ян

J

,

Луо

M

,

Хуа

Y

и др. .

Поглощение энергии расширительными трубками с помощью коническо-цилиндрической матрицы: эксперименты и численное моделирование

.

Int J Mech Sci

2010;

52

:

716

25

. 15.

Шакери

M

,

Salehghaffari

S

,

Mirzaeifar

R

.

Расширение круглых трубок жесткими трубками в качестве поглотителей энергии удара: экспериментальные и теоретические исследования

.

Int J Crashworthines

2007

;

12

:

493

501

. 16.

Чжан

X

,

Чжан

H

,

Ван

Z

.

Разрушение при изгибе квадратных труб переменной толщины

.

Int J Mech Sci

2016

;

106

:

107

116

.17.

Zhou

P

,

Beeh

E

,

Kriescher

M

и др. .

Экспериментальное сравнение характеристик поглощения энергии магниевых балок, заполненных пенополиуританом, и стальных балок при изгибе

.

Int J Impact Eng

2016

;

93

:

76

87

. 18.

Никнеяд

A

,

Moeinifard

M

.

Теоретические и экспериментальные исследования процесса внешней инверсии в круглых металлических трубках

.

Материал Des

2012

;

40

:

324

330

.19.

Qiu

X

,

He

L

,

Gu

J

и др. .

Трехмерная модель круглой трубы при квазистатической внешней свободной инверсии

.

Int J Mech Sci

2013

;

75

:

87

93

.20.

Sun

G

,

Li

S

,

Liu

Q

и др..

Экспериментальное исследование ударопрочности пустых труб из углепластика / алюминиевой пены / сотовых заполнителей

.

Compos Struct

2016;

152

:

969

93

. 21.

Li

J

,

Gao

G

,

Guan

W

и др.

Экспериментальные и численные исследования поглощения энергии термоусадочной круглой трубкой при квазистатическом нагружении

.

Int J Mech Sci

2018

;

137

:

284

294

.22.

Li

J

,

Gao

G

,

Dong

H

и др. .

Исследование поглощения энергии расширяющейся-расщепляющейся круглой трубкой путем экспериментальных исследований и численного моделирования

.

Тонкостенная конструкция

2016;

103

:

105

14

. 23.

Элахи

SM

,

Rouzegar

J

,

Assaee

H

.

Осевое расщепление конической усы: экспериментальное и численное исследование и оптимизация ударопрочности

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

127

: 604–16,24.

Yu

Y

,

Gao

G

,

Dong

H

и др.

Численное исследование поглощения энергии поглотителем энергии изгиба-правки с большим ходом

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

122

:

30

41

,25.

Wolter

W

.

аварийные рельсовые транспортные средства — Рекомендации для производителей и операторов

.

Zev Rail Glazers Annalen

2004

;

128

. 26.

Jaeggi

A

,

Weigelt

M

,

Flechtner

F

и др.

Европейская гравитационная служба для улучшенного управления чрезвычайными ситуациями — Обзор проекта и первые результаты [C] // AGU Fall Meeting Abstracts

.

2015

. 27.

Gao

G

,

Guan

W

,

Li

J

и др.

Экспериментальное исследование активно-пассивного интегрального поглотителя энергии для железнодорожного подвижного состава

.

Тонкостенная конструкция

2017

;

117

:

89

97

,28.

Yu

Y

,

Gao

G

,

Guan

W

и др. .

Правила подобия шкалы с постоянством ускорения для столкновения поездов

.

Proc Inst Mech Eng F J Rail Rapid Transit

2018;

232

: 2466–80.29.

Ambrósio

JAC

,

Pereira

MFOS

,

Dias

JP

.

Распределенные и дискретные нелинейные деформации в многотельной динамике

.

Нелинейная динамика

1996

;

10

:

359

379

. 30.

Dias

JP

,

Pereira

MS

.

Методы оптимизации расчета ударопрочности с использованием многотельных моделей

.

Comput Struct

2004

;

82

:

1371

1380

. 31.

Li

R

,

Xu

P

,

Peng

Y

и др.

Масштабные испытания и численное моделирование столкновений рельсовых транспортных средств для различных составов поездов

.

Proc Inst Mech Eng F J Rail Rapid Transit

2016

;

230

: 1590–1600.

© Автор (ы) 2019.Опубликовано Oxford University Press от имени Central South University Press.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/), которая разрешает некоммерческое повторное использование, распространение, и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинала. По вопросам коммерческого повторного использования обращайтесь по адресу [email protected]

энергораспределение ударного процесса поезда на основе активно-пассивного метода поглощения энергии | Безопасность на транспорте и окружающая среда

Аннотация

В этой статье исследуются характеристики поглощения энергии поездами для активно-пассивной защиты.Одномерная имитационная модель столкновения традиционных вагонов метро и транспортных средств с активной и пассивной безопасностью была разработана на основе теории динамики множества тел с использованием программного обеспечения для моделирования MATLAB. Эффективность имитационной модели была подтверждена тестами масштабных столкновений. Затем были изучены характеристики поглощения энергии традиционными поездами и поездами активной-пассивной безопасности при различных условиях сортировки. Результаты показали, что при увеличении количества транспортных средств с 5 до 8 поглощение энергии на границе раздела 1 для поездов активной-пассивной безопасности во время столкновения составило 681 кДж, 775 кДж, 840 кДж и 901 кДж, а физическое сжатие стык головного вагона поездов активной-пассивной безопасности составлял 619 мм, 704 мм, 764 мм и 816 мм, что намного ниже максимального значения 1773 мм.Таким образом, головной вагон метрополитена с активной пассивной безопасностью обладал достаточной энергоемкостью. Наконец, чтобы найти максимальную безопасную скорость удара поездов активной-пассивной безопасности, было изучено распределение энергии вагонов метро активной-пассивной безопасности с 8-вагонной сортировкой при различных скоростях удара. Было обнаружено, что безопасная скорость удара вагона метро с активной и пассивной безопасностью, соответствующего требованиям стандарта EN15227 для столкновений, достигла 32 км / ч, что намного превышает безопасную скорость удара 25 км / ч, допустимую для традиционных поездов, и представляет собой увеличение безопасной скорости удара на 28%.Суммарное поглощение энергии столкновения на стыке головного вагона активно-пассивных поездов было на 89,1% выше, чем у традиционных поездов при безопасной скорости удара. Таким образом, метод активно-пассивного поглощения энергии оказался эффективным для повышения ударопрочности поездов метро.

1. Введение

Крушение поезда приводит к серьезным человеческим жертвам и материальному ущербу. Чтобы уменьшить ущерб, причиняемый авариями поездов, во многих странах были изучены их ударопрочность, и были установлены обязательные стандарты.Детальные методы проектирования ударопрочности поездов и основные условия расчета обычно рассматриваются в стандартах по ударопрочности [1, 2]. В целом, эти стандарты ударопрочности основаны на многоступенчатых системах поглощения энергии с использованием технологии пассивной безопасности, в которой деформируемый противовесный подъемник устанавливается в фиксированном положении по обе стороны от края железнодорожного транспортного средства для поглощения кинетической энергии. энергия столкновения. С учетом сцепных свойств железнодорожного подвижного состава, защиты от подъема и поглощения энергии продольный размер деформируемого средства защиты от подъема не может превышать продольный размер сцепной системы.Большие пластические деформации конструкции происходят только в передней части кабины транспортного средства для поглощения кинетической энергии удара [3].

Доказано, что эта пассивная система защиты имеет благоприятный эффект ударопрочности; в результате большинство исследователей уделяют больше внимания характеристикам столкновения железнодорожного транспорта [4–6]. Поскольку муфта на транспортном средстве обычно имеет стандартную конструкцию, основное внимание в исследованиях уделяется сжатой трубке на муфте, в которой обычно используется расширяющийся механизм поглощения энергии [7].В целом концепция ударопрочности железнодорожных транспортных средств основана на предпосылке, что только энергопоглощающая конструкция может полностью рассеивать кинетическую энергию удара, оставляя при этом остальную часть конструкции транспортного средства нетронутой. Поэтому большинство исследователей сосредотачиваются в первую очередь на изучении особых энергопоглощающих структур. Эти специальные энергопоглощающие конструкции обычно соединяются с антиподъемником, который поглощает кинетическую энергию удара и предотвращает подъем транспортного средства.Специальные энергопоглощающие структуры можно разделить на осевое схлопывание [8–10], разрезание [11], расщепление [12, 13], расширение [14, 15], изгиб [16, 17] и инверсионные [18, 19] структуры. . Для увеличения поглощения энергии, несущей способности и эффективности энергопоглощающей конструкции можно использовать тонкостенную конструкцию с различными типами сотового алюминия [20].

В последние годы, стремясь улучшить деформационные ходы и эффективность поглощения энергии энергопоглощающими конструкциями в ограниченном пространстве транспортного средства, большое количество исследователей предложили различные энергопоглощающие конструкции с большими ходами деформации, такие как как термоусадочная круглая трубка [21] и цилиндрическая колющая трубка [22, 23], ход деформации которых приблизился к 100%.Также был предложен новый поглотитель энергии, способный создавать больший ход деформации, чем его свободная длина [24]; эффективное расстояние дробления (ECDR) этой конструкции может превышать 1. Были проведены исследования, чтобы получить более полное представление об энергопоглощающих характеристиках этих технологий и предоставить основные рекомендации по применению поглотителей энергии. Кроме того, рассмотренные выше структуры поглощения энергии эффективно улучшили ударопрочность железнодорожного транспорта, соблюдая обязательные стандарты ударопрочности.

Однако, с постоянным увеличением скорости поездов метро, ​​мгновенная скорость поезда при столкновении может превышать указанную в существующих стандартах по ударопрочности поездов. Чтобы решить проблемы, связанные с более высокими скоростями поездов и быстрым развитием сетей городского железнодорожного транспорта, исследователи из разных стран стремятся повысить безопасную скорость столкновения для транспортных средств метро с 25 км / ч до 36 км / ч, например SAFETRAIN. Спонсируемый Европейским Союзом (ЕС) и МСЖД проект по ударопрочности поездов [25] и проект Horizon 2020 [26].Однако увеличение безопасной скорости столкновения для вагонов метро потребует, чтобы зона деформации вагонов рассеивала почти вдвое большую кинетическую энергию, что значительно увеличит силу удара зоны деформации. Поэтому при аварии поезда жизненное пространство транспортных средств должно выдерживать удвоенную силу удара. Согласно действующим обязательным стандартам ударопрочности, для обеспечения целостности жилого помещения необходимо увеличить прочность железнодорожного подвижного состава, что приведет к увеличению веса конструкции транспортного средства.Чтобы поддерживать такую ​​же осевую нагрузку железнодорожного транспортного средства, это увеличение веса обязательно приведет к уменьшению количества пассажиров, что существенно повлияет на эффективность транспортировки железнодорожного транспортного средства. Альтернативным методом могло бы быть использование высокопрочных материалов для удовлетворения требований к прочности конструкции транспортного средства, что также привело бы к увеличению затрат на производство транспортного средства. Поэтому стоит изучить возможность совершенно нового метода проектирования энергопоглощающих конструкций для железнодорожных транспортных средств, который не влечет за собой увеличения прочности конструкции или производственных затрат.

В предыдущих работах по этой теме изучались только возможности и характеристики поглощения энергии активно-пассивных режущих энергопоглощающих структур [27]; влияние активно-пассивных энергопоглощающих конструкций на ударные характеристики железнодорожного подвижного состава при столкновениях не изучалось. Поскольку железнодорожные транспортные средства состоят из нескольких вагонов, существуют проблемы, требующие особого внимания, такие как ударное повреждение одного вагона и сцепное столкновение между транспортными средствами во время столкновений.Даже при использовании одних и тех же соединителей и энергопоглощающих конструкций характеристики столкновения транспортных средств, находящихся в разных местах посадки, различаются [28]. Было обнаружено, что изменение механических свойств энергопоглощающих структур головного вагона оказывает значительное влияние на характеристики сцепления и удара и характеристики рассеивания энергии всего поезда в процессе столкновения. Поэтому в данной статье используется метод численного моделирования для изучения влияния методов активно-пассивного поглощения энергии на характеристики рассеивания энергии всего поезда во время столкновений с целью получения оптимальных механических параметров активно-пассивного поглощения энергии. конструкции с учетом условий рассеивания энергии удара всего поезда.Разработана одномерная имитационная модель столкновений, учитывающая активно-пассивные методы поглощения энергии, и предложены кривые ударной силы-смещения головного вагона с активно-пассивными энергопоглощающими структурами. Кроме того, изучено влияние механических параметров активно-пассивных энергопоглощающих структур на характеристики рассеивания энергии транспортных средств в условиях различных групповых ударов.

2. Одномерная имитационная модель столкновений

2.1. Теория динамики множественных тел

Стандарт по ударопрочности EN15227 [1] показывает, что многотельную динамическую модель можно использовать для моделирования ударопрочности поездов. Стандарт оговаривает, что обитаемая часть кузова автомобиля должна быть высокопрочной и трудно деформируемой; эту область можно заменить массовыми узлами в моделировании. Кроме того, муфты и энергопоглощающие конструкции между автомобилями можно моделировать с помощью нелинейных пружинных элементов. Модель удара поезда с использованием многотельной модели динамики была предложена в Ambrósio et al.[29], которые продемонстрировали осуществимость модели с помощью моделирования методом конечных элементов (КЭ) и краш-тестов транспортных средств. Ударопрочность высокоскоростного поезда также была проанализирована с помощью создания многотельных моделей [30]. В этом исследовании учитывалось рассеяние энергии транспортного средства в продольном направлении и предполагалось, что транспортные средства не сойдут с рельсов во время столкновения. Таким образом, с использованием теории динамики многих тел были построены два типа одномерной модели столкновения — на основе конструкций традиционных железнодорожных транспортных средств и конструкций железнодорожного подвижного состава с активной и пассивной безопасностью.

В продольном направлении основная сила включает в себя нелинейные рессоры между транспортными средствами. Следовательно, согласно уравнению Лагранжа первого типа для нескольких твердых тел, уравнение движения каждого кузова автомобиля можно записать как

\ begin {Equation} {M} _i {\ ddot {s}} _ i = {f} _i + {F} _i \ end {формула}

(1) где | $ {M} _i $ | — качество кузова автомобиля для первого | $ i $ | ⁠; | $ {f} _i $ | — трение между массой тела и поверхностью рельса для первых ; и | $ {F} _i $ | — нелинейная сила между каждой частицей кузова автомобиля для первых и .{\ prime} = & \ \ left [\ begin {array} {@ {} cccccc @ {}} 0 & \ cdots & 0 & 1 & \ cdots & 0 \\ {} \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots \\ {} 0 & \ cdots & 0 & 0 & \ cdots & 1 \\ {} 0 & \ cdots & 0 & 0 & 0 & 0 \\ {} \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots \\ {} 0 & \ cdots & 0 & 0 & \ cdots & 0 \ end {array} \ right] \ nonumber \\ & \ cdot \ left \ {\ begin {array} {@ {} c @ {}} { s} _1 \\ {} \ vdots \\ {} {s} _n \\ {} {\ dot {s}} _ 1 \\ {} \ vdots \\ {} {\ dot {s}} _ n \ end { array} \ right \} + \ left \ {\ begin {array} {@ {} c @ {}} 0 \\ {} \ vdots \\ {} 0 \\ {} \ frac {f_1} {M_1} \ \ {} \ vdots \\ {} \ frac {f_n} {M_n} \ end {array} \ right \} + \ left \ {\ begin {array} {@ {} c @ {}} 0 \\ {} \ vdots \\ {} 0 \\ {} \ frac {F_1} {M_1} \\ {} \ vdots \\ {} \ frac {F_n} {M_n} \ end {array} \ right \} \ end {align }

(3)

, где

| $ \ {s \} = {\ {{s} _1 \ kern0.T $$

— вектор нелинейной силы для кузова автомобиля; и

$$ [жесткая] = \ left [\ begin {array} {@ {} cc @ {}} {0} _ {n \ times n} & {I} _ {n \ times n} \\ {} {0} _ {n \ times n} & {0} _ {n \ times n} \ end {array} \ right] $$

⁠, | $ {0} _ {n \ times n} $ | для | $ n $ | нулевой квадрат порядка, | $ {I} _ {n \ times n} $ | для | $ n $ | матрица ячеек порядка.

Уравнение (3) преобразуется в

\ begin {уравнение} \ {\ dot {s} \} = [жесткое] \ cdot \ {s \} + \ {f \} + \ {F \} \ end {уравнение }

(4)

Из-за смещения корпуса вектор комбинации скоростей | $ \ {s \} $ | ⁠, отсутствие значимого времени | $ t $ | и матрица коэффициентов | $ [жесткая] $ | ⁠, это также постоянная матрица.Трение поезда, сила пружины и тормозная сила являются нелинейными векторами, тесно связанными с ходом сжатия, относительным смещением и историей времени загрузки соседних транспортных средств. Однако у них нет значительного времени | $ t $ | ⁠. Таким образом, уравнение движения многотельной сцепленной ударной цепи представляет собой сильно нелинейную группу дифференциальных уравнений второго порядка.

Для решения уравнения (4) в технике широко используется метод Рунге-Кутта четвертого порядка. Требуются только базовые операции, такие как умножение и сложение матрицы и вектора, а обращение матрицы не требуется.5) $ | ⁠. Ясно, что этой точности достаточно для удовлетворения инженерных требований. Как только решение получено, кривые изменения скорости, ускорения и смещения транспортного средства, а также хода деформации соединительной муфты и энергопоглощающей конструкции могут быть непосредственно получены в различных положениях группировки. Затем, используя метод пошагового интегрирования, можно получить кинетическую энергию, потребляемую трением транспортного средства в различных положениях группировки, и кинетическую энергию удара, поглощаемую деформацией соединительной муфты и энергопоглощающей конструкции.

2.2. Имитационная модель многотельной динамики

В этом исследовании многотельная динамика была построена из комбинации твердотельных и нелинейно-пружинных элементов с использованием программного обеспечения MATLAB. Кузов автомобиля был упрощен как жесткий кузов. Нелинейно-пружинные элементы, используемые для обозначения муфт и зон деформации, были определены из кривой сдавливающего усилия-смещения вагона метро. Проанализировано рассеяние энергии поездами, оснащенными подвижным составом с двумя типами энергопоглощающих конструкций.В соответствии со стандартом ударопрочности EN15227 [1], условия удара были заданы как движущийся поезд с 7-ми вагонами, который врезался в идентичный стоящий поезд на скорости 25 км / ч. Традиционные вагоны метро, ​​использованные в симуляции, имели три типа сортировки: 5-вагонный, 6-вагонный и 7-вагонный. Для облегчения анализа количество автомобилей и точек соприкосновения с ударами пронумеровано. При столкновении двух вагонов метро с 7-вагонной перегрузкой произошло 13 ударных стыков. Имитационная модель столкновения многотельной динамики поездов представлена ​​на рис.1.

Рис. 1

Моделирование столкновений многотельной динамики поездов

Рис.1

Моделирование столкновений многотельной динамики поездов

При столкновении поездов каждый вагон движущегося поезда получает реакция на ударную нагрузку в разное время. Из-за пластической деформации энергопоглощающей конструкции ударная волна испытывает определенные потери энергии в процессе распространения.В то же время задняя ударная волна распространяется от задней части к передней, а суперпозиция и связь передней и задней ударных волн вызывают множественные столкновения транспортного средства. В разное время состояния нагрузки и разгрузки энергопоглощающих структур между автомобилями различаются, что приводит к неоднородности силы удара, ускорения удара, деформации и поглощения энергии каждого автомобиля. Поэтому для эффективного воспроизведения характеристик нагрузки и разгрузки в процессе моделирования была разработана упрощенная модель нелинейного гистерезиса, как показано на рис.2. Когда межфазная сила находится в стадии нагружения, сила следует за силой сжатия нелинейной пружины F1. Когда межфазная сила переходит в стадию разгрузки, межфазная сила начинает разгружаться (F2).

Рис. 2

Модель гистерезиса загрузки и разгрузки между вагонами

Рисунок 2

Модель гистерезиса загрузки и разгрузки между вагонами

Кривые загрузки и разгрузки показаны на рис.3. Сплошная линия указывает кривую нагружения, содержащую упругое и пластическое поведение, а пунктирная линия показывает кривую разгрузки, проходящую по траектории, параллельной упругому наклону. К кривым нагружения применялась постоянная сила нагрузки, чтобы моделировать силы дробления на различных этапах поглощения энергии. Силы разгрузки были получены из уменьшения упругой деформации конструкций.

Рис. 3

Кривые усилия нагружения-разгрузки транспортного средства

Рис.3

Кривые сила-смещение нагружения-разгрузки транспортного средства

Во время столкновения существуют четыре условия: упругая нагрузка, пластическая нагрузка, упругая разгрузка и пластическая разгрузка. Эти четыре условия определяются следующим образом:

\ begin {уравнение} Состояние \ begin {cases} if \ {d} _t- {d} _ {t- \ треугольник t} \ ge 0 & (загрузка) \\ {} if \ {d} _t \ ge {d} _ {\ mathrm {max}} & (\, следуйте \ загрузке \ кривой) \\ {} if \ {d} _t \ ge {d} _ {\ mathrm {max }} & (\, следуйте \ кривой \ разгрузки) \\ {} if \ {d} _t- {d} _ {t- \ треугольник t} <0 & (разгрузка) \ end {cases} \ end {формула }

(13)

\ begin {equal} Mode \ begin {cases} if \ {d} _ {(t-1) i} (14)

где | $ {d} _t $ | — текущая дистанция дробления; | $ {d} _ {t- \ треугольник t} $ | предыдущее смещение дробления; и | $ {d} _ {\ mathrm {max}} $ | это максимальная дистанция дробления до т .Когда после разгрузки происходит новое нагружение, сила сначала следует кривой разгрузки, пока dt не достигнет расстояния. Для упругой фазы, когда | $ {d} _ {(t-1) i}

2.3. Механические характеристики передней части автомобиля

2.3.1. 2.3.1. Кривые вытеснения головной машины

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части традиционного вагона метро показана на рис.4. Видно, что конструкция кривой силы удара-смещения передней части представляет собой типичную многоступенчатую систему поглощения энергии. Принимая во внимание сцепные и противовесные характеристики железнодорожного подвижного состава, продольный размер структуры поглощения энергии не может превышать продольный размер соединительной системы. При столкновении происходит сцепление двух железнодорожных вагонов, деформационная труба сцепки истощается, срезные болты сцепки выходят из строя при ударе, и сцепное устройство возвращается в поезд.Затем энергопоглощающая структура подвергается пластической деформации. Неважные конструкции на концах кабины водителя также подвергаются большой пластической деформации.

Рис. 4

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части традиционного вагона метро

Рис.4

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части традиционного вагона метро

Разрушающая сила -кривая смещения передней части вагона-метрополитена активной-пассивной безопасности по принципу работы активно-пассивных энергопоглощающих конструкций представлена ​​на рис.5. Разрушающие силы активно-пассивных энергопоглощающих структур и традиционной энергопоглощающей конструкции находятся на одном уровне. Увеличенная длина активно-пассивных энергопоглощающих структур преодолевает ограничения ответвителя на продольный размер поглотителя, что значительно увеличивает ход деформации структур. Кроме того, необходимо обеспечить, чтобы сила удара платформы была постоянной величиной в процессе столкновения, чтобы активно-пассивные энергопоглощающие конструкции обеспечивали изменяющуюся кривую платформы в различных положениях сжатия.На отдельной стадии поглощения энергии активно-пассивным поглотителем энергии сила платформы равна силе разрушения традиционной структуры поглощения энергии. В общей области поглощения энергии соединителя и энергопоглощающей конструкции активно-пассивный поглотитель энергии имеет более низкую платформенную силу, чтобы гарантировать постоянное значение результирующих сил раздавливания поглотителя и соединителя. В практических инженерных приложениях к активно-пассивному поглотителю энергии можно применить трубу с переменным сечением для согласования сил платформы в различных положениях.Видно, что поглощение энергии вагонами метро с активной и пассивной безопасностью намного превосходит поглощение энергии традиционными вагонами метро, ​​что имеет большое значение для ударопрочности поезда в случае высокой рабочей скорости.

Рис. 5

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части вагона активной-пассивной безопасности

Рис. 5

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части метрополитена активной-пассивной безопасности Автомобиль

2.3.2. Конфигурация параметров

В этом исследовании использовались правила рассеяния энергии традиционных вагонов метро и автомобилей с активно-пассивной безопасностью при различных условиях сортировки. Условия удара были заданы как движение движущегося поезда с 8-ми вагонами, идущего во время столкновения с идентичным стоящим составом на скорости 25 км / ч. Коэффициент динамического трения между поездом и рельсом составил 0,003. В исследовании изучались столкновения поездов метро с участием транспортных средств с тремя типами сортировки. Масса прицепа с кабиной (ТК) составляла 32 тонны, масса легковых автомобилей с пассажирами (МП) — 35 тонн, масса прицепа (Т) — 30 тонн.Ударная масса каждой машины составляла условную массу при нормальных условиях эксплуатации плюс половину массы пассажиров. Конфигурация каждой сортировки показана ниже.

Сборка с 8 автомобилями: TC_MP_T_MP_MP_ T_MP_TC

Сборка с 7 автомобилями: TC_MP_MP _T_MP_MP_TC

Сборка с 6 автомобилями: TC_MP_MP_MP_MP_TC

ll 5-вагонный амортизатор и противоударный механизм TC_MP_MP_MP_TC

традиционные вагоны метро показаны в таблице 1.

Таблица 1

Конфигурации сцепки и амортизатора против наезда для традиционных вагонов метро

Интерфейс No. . Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 НЕТ 41.6
2 73 36,7 Нет данных 59,1
3 73 29,3 Нет 51,3 Нет данных 61,4
5 73 47,8 Нет данных 71,0
6 73 48,5 4
7 73 300 Н / Д 337
8 73 218,5 819
. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 НЕТ НЕТ
. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 N / A N / A
Таблица 1

Конфигурации муфты и противоскользящего амортизатора для традиционных вагонов метро

. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 НЕТ НЕТ
. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 N / A N / A

Типы компоновки вагонов метро с активной и пассивной безопасностью, исследованные в этом исследовании, были такими же, как и у традиционных вагонов.Конфигурации сцепки головных и средних вагонов для вагонов активной-пассивной безопасности были такими же, как и у традиционных вагонов метро. Однако кривые сила-смещение поглотителя для автомобилей с активной и пассивной безопасностью полностью отличались от кривых для традиционных вагонов метро. Конфигурации сопряжения головных вагонов для машин активной-пассивной безопасности показаны в таблице 2. Из рис. 5 и таблицы 2 видно, что кривые сила-смещение стыка головных вагонов для Активно-пассивные средства безопасности делятся на три стадии: стадия расширения активно-пассивного поглотителя энергии, общая стадия активно-пассивного поглотителя энергии и ответвителя и начальная стадия активно-пассивного поглотителя энергии.

Таблица 2

Конфигурации интерфейса головных вагонов для автомобилей активной-пассивной безопасности

. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной кабины 1100 800 1100 373 1100 600
. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной машины 1100 800 1100 373 1100 600
Таблица 2

Конфигурации пассивных вагонов для интерфейса активной – головной автомобили безопасности

. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной кабины 1100 800 1100 373 1100 600
. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной кабины 1100 800 1100 373 1100 600

2.4. Валидация имитационной модели

Перед изучением характеристик столкновения поездов метро с различными конструктивными структурами необходимо проверить одномерную имитационную модель столкновения, разработанную в MATLAB.Экспериментальные результаты обычно считаются наиболее точными, и этот тип многотельных тестов уже проводился в предыдущем исследовании. Ли и др. [31] исследовали масштабные тесты столкновений различных поездов на основе π-теории. Испытана модель столкновения трехвагонного поезда. Экспериментальная модель рассматривалась только как многотельная динамическая модель для сравнения с результатами моделирования MATLAB при идентичных условиях удара. Одно из этих испытаний, эксперимент с тележкой, врезавшейся в стоящий трехвагонный состав, был проведен, как показано на рис.6. Экспериментальное испытание включало движущийся троллейбус с энергопоглощающими конструкциями спереди и ударил неподвижный поезд с трехвагонными комплектами. Скорость столкновения составила 6,5 м / с. Вся модель столкновения была ограничена гусеницей, чтобы гарантировать, что удар произошел только в продольном направлении.

Рис. 6

Рис. 6

Структура масштабированного кузова вагона показана на Рис. 7, на котором 1, 2 и 3 представляют позиции сортировки поезда, а MED-H, MED -R, CD-H и CD-R представляют собой основной поглотитель энергии головной кабины, основной поглотитель энергии остальных вагонов, дробильное устройство головной кабины и дробильное устройство остальных вагонов соответственно.Параметры сот приведены в таблице 3.

Рис. 7

Конструкция масштабного кузова автомобиля [31]. CD-H: дробильное устройство головной машины; CD-R: дробильное устройство остальных вагонов; MED-H: основной поглотитель энергии головной машины; MED-R: основной поглотитель энергии остальных вагонов

Рис. 7

Конструкция масштабного кузова вагона [31]. CD-H: дробильное устройство головной машины; CD-R: дробильное устройство остальных вагонов; MED-H: основной поглотитель энергии головной машины; MED-R: основной поглотитель энергии оставшихся вагонов

Таблица 3

Параметры сот [31]

Категория . Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0,56 17,188 300
CD-H 10 0,06 0,010 0,06 MED-R 6 0.06 0,436 15,625 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23,4 55
Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0,56 17,188 300
CD-H 10 0,010 0,06 0,06 MED-R 6 0,06 0,436 15,625 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23.4 55
Таблица 3

Параметры сот [31]

Категория . Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0.56 17,188 300
CD-H 10 0,06 0,182 9,375 77
MED-R 0 0,4 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23,4 55
Категория . Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0,56 17,188 300
CD-H 10 0,06 0,010 0,06 MED-R 6 0.06 0,436 15,625 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23,4 55

условия исследования параметры и влияние моделирование согласуются с таковыми из вышеприведенного теста. Однородная масса масштабированного кузова вагона — 100 кг, масса тележки — 750 кг. Компоненты, поглощающие энергию, считаются нелинейными исполнительными механизмами, и механические свойства этих исполнительных механизмов определяются путем определения характеристик нагрузки и разгрузки нелинейных пружин.Сила дробления и начальная длина различных энергопоглощающих структур показаны в таблице 1. Результаты моделирования в MATLAB сравниваются с результатами экспериментального моделирования и моделирования методом конечных элементов. На рис. 8 показано сравнение экспериментальных кривых смещения MATLAB и FE. Наблюдая за перемещением троллейбуса, можно обнаружить, что кривые перемещения конечно-элементного моделирования и моделирования в MATLAB похожи, а значения на начальной стадии удара заметно выше, чем в экспериментальных результатах.Основная причина этого заключается в том, что на ранней стадии удара между тележкой и рельсом возникает большое трение, что приводит к быстрому снижению скорости транспортного средства.

Рис. 8

Сравнение экспериментального моделирования, моделирования в MATLAB и FE. (a) Троллейбус, (b) Car1, (c) Car2 и (d) Car3. FE: конечный элемент

Рис. 8

Сравнение экспериментального моделирования, моделирования MATLAB и FE. (a) Троллейбус, (b) Car1, (c) Car2 и (d) Car3.FE: конечный элемент

Сравнение сжатия и поглощения энергии между симуляцией MATLAB и экспериментальным тестом показано в таблице 4. Сравнивались все границы раздела столкновений. Было обнаружено, что каждая ошибка была менее 10%. Оба экспериментальных результата для Car3 были равны 0; это связано с тем, что диссипация энергии на этой границе раздела почти завершилась, и явной деформации не было. В моделировании MATLAB сжатие можно вычислить подробно, но величина результатов мала, и ошибки можно игнорировать.Таким образом, имитационная модель может использоваться для анализа правила масштабированного подобия.

Таблица 4

Сравнение сжатия и поглощения энергии

Категория . Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Троллейбус 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 214 4,2
Автомобиль2 35,7 34 -5 0.84 0,79 -6,3
Car3 2,8 0 Н / Д 0,064 0 Н / Д
9017 .
Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Троллейбус 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 214 4,2
Автомобиль2 35,7 34 -5 0.84 0,79 -6,3
Car3 2,8 0 N / A 0,064 0 N / A
9 Таблица сравнения сжатия и поглощения энергии 4

9010
Категория . Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Тележка 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 65 -4,2
Car2 35,7 34 -5 0,84 0,79 -6,3
Car3 2,8 902 2,8 902 902 0 НЕТ
9010
Категория . Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Тележка 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 65 -4,2
Car2 35,7 34 -5 0,84 0,79 -6,3
Car3 2,8 902 2,8 902 902 0 Н / Д

3. Распределение энергии между различными транспортными средствами

Ударная скорость 25 км / ч была применена к поезду, который столкнулся с неподвижным поездом.Численные результаты для поверхностей столкновения традиционных вагонов метро показаны в таблице 5. Были проанализированы продольный физический ход сжатия и поглощение энергии на стыках столкновений поездов. Следует отметить, что ход сжатия муфт и энергоконструкций на противостоящих автомобилях был практически одинаковым. Общее поглощение энергии интерфейсом головной машины было значительно выше, чем у других интерфейсов в процессе столкновения; физическое сжатие дробящей трубы и поглотителя составляло 300 мм и 611 мм соответственно.Общее поглощение энергии интерфейсом второй машины было значительно выше, чем энергия, поглощенная задней поверхностью раздела, и физическое сжатие дробящей трубы достигло 203,5 мм. Можно сделать вывод, что стыки головного вагона и второго вагона сыграли решающую роль в диссипации кинетической энергии в процессе столкновения между двумя типами поездов.

Таблица 5

Численные результаты для интерфейсов столкновения традиционных вагонов метро

Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
Нет данных 70,2
6 73 45,9 Нет данных 68,7
7 73 203,5 203,5 8 73 300 611 1010
Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
нет данных 70,2
6 73 45,9 нет данных 68,7
7 73 203,5 73 203,5 8 73 300 611 1010
Таблица 5

Численные результаты для интерфейсов столкновений традиционных вагонов метро

Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
Нет данных 70,2
6 73 45,9 Нет данных 68,7
7 73 203,5 203,5 8 73 300 611 1010
Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
нет данных 70,2
6 73 45,9 нет данных 68,7
7 73 203,5 73 203,5 8 73 300 611 1010

Численные результаты для интерфейсов столкновения вагонов метро с активной и пассивной безопасностью относительно скорости 25 км / ч показаны в таблице 6.Как можно видеть, общее поглощение энергии на стыке головного вагона для вагонов метро с активной и пассивной безопасностью было значительно выше, чем у традиционных вагонов метро, ​​что указывает на то, что активно-пассивный поглотитель энергии значительно улучшил способность поглощения энергии. головной машины. Физическое сжатие дробящей трубы на стыке головной кабины было намного ниже расчетного значения 300 мм, что означает, что граница раздела могла рассеивать кинетическую энергию, когда скорость удара становилась больше 25 км / ч.

Таблица 6

Численные результаты для интерфейсов столкновения вагонов метро с активной и пассивной безопасностью

73 9010 71 0
Интерфейс No. . Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 Нет данных 41,6
2 73 36,7 Нет 59,1 59,1 29,3 Нет данных 51,3
4 73 38,6 Нет данных 61,4
5 73 47,8 Нет
6 73 48,5 НЕТ 71,4
7 73 300 Н / Д 337 89 819 901
73 9010 Числовые результаты для коллизии Категория .
Интерфейс No. . Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 Нет данных 41,6
2 73 36,7 Нет 59,1 59,1 29,3 НЕТ 51,3
4 73 38.6 Нет данных 61,4
5 73 47,8 Нет данных 71,0
6 73 4810 Нет 73 4810 7 73 300 Н / Д 337
8 73 218,5 819 901
81 4 Таблица 6 вагоны метро активной – пассивной безопасности

Интерфейс №. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 Нет данных 41,6
2 73 36,7 Нет 59.1
3 73 29,3 Н / Д 51,3
4 73 38,6 Н / Д 61,4 470209 н / д 71,0
6 73 48,5 н / д 71,4
7 73 300 73 300 8 73 218.5 819 901
7110 абсорбция различная энергия Интерфейсы традиционных вагонов метрополитена и вагонов метрополитена активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой показаны на рис. 9. Было обнаружено, что по мере увеличения количества транспортных средств с 5 до 8 , энергопоглощение стыка головного вагона для поездов активной-пассивной безопасности при столкновении составило 681 кДж, 775 кДж, 840 кДж и 901 кДж.Соответствующие цифры для поглощения энергии традиционными вагонами метро составляли 742 кДж, 859 кДж, 947 кДж и 1010 кДж. Увеличение поглощения энергии интерфейсом второй машины традиционных транспортных средств было значительно ниже, чем у транспортных средств с активной и пассивной безопасностью. По мере увеличения количества транспортных средств потребление энергии традиционными вагонами метро составило 114 кДж, 149 кДж, 179 кДж и 234 кДж. Соответствующие результаты для поглощения энергии интерфейсом второй кабины транспортных средств активной-пассивной безопасности составили 173 кДж, 231 кДж, 284 кДж и 337 кДж.Можно видеть, что, когда энергетическая структура вагонов метро была улучшена до активно-пассивного поглотителя энергии, диссипация энергии столкновения постепенно сместилась на второй вагон, что указывает на то, что поглощение энергии на границе раздела второго вагона значительно увеличилось. увеличен по сравнению с аналогичным интерфейсом для традиционных вагонов метро. Снижено энергопоглощение интерфейсов головной машины. Это также показывает, что транспортные средства с активно-пассивной безопасностью смогли рассеять кинетическую энергию, когда скорость удара возросла выше 25 км / ч.

Рис. 9

Сравнение поглощения энергии на различных стыках традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью с 8-, 7-, 6- и 5-вагонным распределением

Рис. 9

Сравнение поглощения энергии на разных стыках традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной пассивной безопасностью с 8-, 7-, 6- и 5-вагонным распределением

Сравнение поглощения энергии на стыках Головной вагон и второй вагон как традиционных вагонов метро, ​​так и вагонов метро с активной-пассивной безопасностью с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой показаны на рис.10. Видно, что по мере увеличения количества транспортных средств с 5 до 8 физическое сжатие стыка головного вагона традиционных поездов во время столкновения составило 741 мм, 849 мм, 929 мм и 989 мм. Физическое сжатие сопряжения головного вагона машины с 8-ми вагонной разборкой превысило максимальное значение 973 мм, что означает повреждение головной машины. Кроме того, физическое сжатие стыка головного вагона для поездов активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой составляло 619 мм, 704 мм, 764 мм и 816 мм, что было намного ниже максимальное значение 1773 мм.Таким образом, головной вагон метрополитена с активной-пассивной безопасностью обладал достаточной энергоемкостью.

Рис. 10

Сравнение физического сжатия интерфейса головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метрополитена активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонным распределением

Рис. 10

Сравнение физического сжатия интерфейса головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной пассивной безопасностью с 8, 7, 6 и 5 вагонами

4.Распределение энергии между различными скоростями удара

Из приведенного выше анализа видно, что головной вагон вагонов метро с активной пассивной безопасностью имел достаточную способность поглощать энергию при скорости удара 25 км / ч. Затем было изучено распределение энергии в вагонах метро с активной и пассивной безопасностью с 8-ми вагонами при различных скоростях удара с целью определения максимальной безопасной скорости удара для поездов с активной и пассивной безопасностью. На рис. 11 показано сравнение физического сжатия стыка головного вагона как традиционных вагонов метро, ​​так и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью при скоростях удара 25 км / ч, 27 км / ч, 29 км / ч, 31 км / ч и 33 км / ч.При увеличении скорости удара с 25 до 33 км / ч физическое сжатие стыка головного вагона традиционных поездов при столкновении составило 980 мм, 1026 мм, 1070 мм, 1117 мм и 1217 мм, что превышает максимальное значение 973 мм. Однако физическое сжатие поверхности раздела головного вагона активно-пассивных поездов при скоростях удара 25 км / ч, 27 км / ч, 29 км / ч, 31 км / ч, 32 км / ч и 33 км / ч. h составляла 819 мм, 1056 мм, 1319 мм, 1591 мм, 1730 мм и 1841 мм, что указывает на то, что физическое сжатие границы раздела головной кабины для активно-пассивных поездов при скоростях удара ниже 32 км / ч не превышало максимальное физическое сжатие 1773 мм.Другими словами, безопасная скорость удара метрополитена с активной и пассивной безопасностью, соответствующая требованиям стандарта EN15227 для столкновений, могла достигать 32 км / ч, что намного превышает безопасную скорость удара 25 км / ч, допускаемую традиционными поездами. и представляет собой увеличение безопасной скорости удара на 28%. Энергопоглощающая конструкция активно-пассивной безопасности была эффективна для повышения ударопрочности поезда метро.

Рис. 11

Сравнение физического сжатия поверхности сопряжения головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью при различных скоростях удара

Рис.11

Сравнение физического сжатия стыка головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью при различных скоростях удара

Активно-пассивный метод поглощения энергии значительно повысил безопасную скорость движения поезда при столкновении . На рис. 12 показано поглощение энергии границей раздела головного вагона активно-пассивных поездов при различных скоростях удара. Из рисунка видно, что поглощение энергии на стыке головного вагона активно-пассивных поездов при безопасной скорости удара 32 км / ч составляет 1910 кДж.Чтобы обеспечить сохранность базовой конструкции поезда, общее поглощение энергии столкновения на стыке головного вагона активно-пассивных поездов было на 89,1% выше, чем у традиционных поездов при безопасной скорости удара.

Рис. 12

Поглощение энергии на границе раздела головного вагона активно-пассивных поездов при различных скоростях удара

Рис. 12

Поглощение энергии на границе раздела головного вагона активного-пассивного поезда с разной скоростью удара

Поглощение энергии различными границами раздела активно-пассивных поездов при максимальной безопасной скорости удара показано на рис.13. Видно, что поглощение энергии стыками головного вагона и второго вагона активно-пассивных поездов при максимальной безопасной скорости удара 32 км / ч составило 1910 кДж и 337 кДж, почти достигнув максимально допустимого значения. значение интерфейса. Иными словами, в процессе столкновения поездов с 8-мя вагонами, способность поглощения энергии головного и второго вагонов была использована в максимально разумной степени.

Фиг.13

Поглощение энергии различными границами раздела активно-пассивных цепей при максимальной безопасной скорости удара

Рис. 13

Поглощение энергии различными интерфейсами активных-пассивных цепей при максимальной безопасной скорости удара

5 . Заключение

В данной статье исследуется ударопрочность поездов метро с активным и пассивным энергопоглощением, а также анализируется распределение энергии в процессе удара поезда на основе метода активно-пассивного поглощения энергии.Были получены следующие выводы:

  • (i) Используя теорию многотельной динамики, в MATLAB была разработана одномерная имитационная модель динамики многотельных столкновений, и эффективность имитационной модели была проверена с использованием результатов предыдущего уменьшения масштаба. эксперименты. Путем сравнения имитационная модель, разработанная для этого исследования, была полностью проверена и может быть использована для анализа характеристик столкновения поездов.

  • (ii) Были изучены правила рассеивания энергии традиционных вагонов метро и автомобилей с активной пассивной безопасностью при различных условиях сортировки.Физическое сжатие стыка головного вагона поездов активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой составило 619 мм, 704 мм, 764 мм и 816 мм соответственно, что значительно ниже максимальное значение 1773 мм. Таким образом, головной вагон метрополитена с активной пассивной безопасностью обладал достаточной энергоемкостью.

  • (iii) скорость удара вагона метро с активной и пассивной безопасностью, соответствующего требованиям стандарта EN15227 для столкновений, достигла 32 км / ч, что намного превышает безопасную скорость удара 25 км / ч, допустимую для традиционных поездов, и что означает увеличение безопасной скорости удара на 28%.Суммарное поглощение энергии столкновения на стыке головного вагона активно-пассивных поездов было на 89,1% выше, чем у традиционных поездов при безопасной скорости удара. Таким образом, там активно-пассивный метод поглощения энергии оказался эффективным для повышения ударопрочности поездов метро.

Заявление о конфликте интересов. Не объявлено.

Список литературы

1.

Британский институт стандартов. BS EN 15227:

2008

: Железнодорожные приложения: требования к ударопрочности кузовов железнодорожных транспортных средств.BSI

2008

.2.

Европейский комитет по стандартизации

.

EN 15663-2000: Железнодорожные приложения: требования к конструкции кузовов железнодорожных транспортных средств

.

2000

.3.

Xu

P

,

Yang

C

,

Peng

Y

и др.

Аварийные характеристики и многоцелевая оптимизация постепенной энергопоглощающей конструкции для вагонов метро

.

Int J Mech Sci

2016

;

107

:

1

12

.4.

Martinez

E

,

Tyrell

D

,

Perlman

B.

Разработка проектов управления энергией столкновения для существующих пассажирских рельсовых транспортных средств. В: Международный конгресс и выставка машиностроения ASME 2004

, Анахайм, Калифорния, США,

2004

,

107

15

. 5.

Priante

M

,

Tyrell

D

,

Periman

B

.

Влияние типа поезда, веса вагона и длины поезда на ударопрочность пассажирского поезда. В: Proceedings of the 2005 ASME / IEEE Joint Rail Conference

, Pueblo, CO, USA,

2005

,

89

96

.6.

Jacobsen

КМ

.

Моделирование динамики столкновения оборудования пассажирских рельсов с управлением энергопотреблением при столкновении: диссертация, представленная Кариной М. Якобсен

.

2008

.7.

Яо

S

,

Li

Z

,

Ян

J

и др.

Анализ и оптимизация параметров расширяющейся энергопоглощающей конструкции для сцепного устройства рельсового транспорта

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

125

:

129

139

.8.

Abramowicz

W

,

Jones

N

.

Динамическое осевое дробление квадратных труб

.

Int J Impact Eng

1984

; 2:

179

208

.9.

Altin

M

,

Güler

MA

,

Mert

SK

.

Влияние процентного наполнения пеной на способность поглощать энергию сжатых в осевом направлении тонкостенных многокамерных квадратных и круглых труб

.

Int J Mech Sci

2017

;

131–2

:

368

379

.10.

Чжан

X

,

Чжан

H

.

Некоторые проблемы с осевым дроблением многоячеек

.

Int J Mech Sci

2015

;

103

:

30

39

. 11.

Гуань

W

,

Gao

G

,

Li

J

и др.

Анализ раздавливания и многоцелевая оптимизация абсорбера для резки алюминиевых труб для железнодорожного транспорта при квазистатической нагрузке

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

123

:

395

408

.12.

Dong

H

,

Gao

G

,

Chen

X

и др. .

Анализ на раздавливание поглотителя энергии колюще-изгибаемого стального листа при осевой нагрузке

.

Int J Mech Sci

2016

;

110

:

217

28

. 13.

Хуссейн

RD

,

Руан

D

,

Lu

G

.

Резка и дробление квадратных труб из алюминия / углепластика

.

Compos Struct

2017

;

171

:

403

418

. 14.

Ян

J

,

Луо

M

,

Хуа

Y

и др. .

Поглощение энергии расширительными трубками с помощью коническо-цилиндрической матрицы: эксперименты и численное моделирование

.

Int J Mech Sci

2010;

52

:

716

25

. 15.

Шакери

M

,

Salehghaffari

S

,

Mirzaeifar

R

.

Расширение круглых трубок жесткими трубками в качестве поглотителей энергии удара: экспериментальные и теоретические исследования

.

Int J Crashworthines

2007

;

12

:

493

501

. 16.

Чжан

X

,

Чжан

H

,

Ван

Z

.

Разрушение при изгибе квадратных труб переменной толщины

.

Int J Mech Sci

2016

;

106

:

107

116

.17.

Zhou

P

,

Beeh

E

,

Kriescher

M

и др. .

Экспериментальное сравнение характеристик поглощения энергии магниевых балок, заполненных пенополиуританом, и стальных балок при изгибе

.

Int J Impact Eng

2016

;

93

:

76

87

. 18.

Никнеяд

A

,

Moeinifard

M

.

Теоретические и экспериментальные исследования процесса внешней инверсии в круглых металлических трубках

.

Материал Des

2012

;

40

:

324

330

.19.

Qiu

X

,

He

L

,

Gu

J

и др. .

Трехмерная модель круглой трубы при квазистатической внешней свободной инверсии

.

Int J Mech Sci

2013

;

75

:

87

93

.20.

Sun

G

,

Li

S

,

Liu

Q

и др..

Экспериментальное исследование ударопрочности пустых труб из углепластика / алюминиевой пены / сотовых заполнителей

.

Compos Struct

2016;

152

:

969

93

. 21.

Li

J

,

Gao

G

,

Guan

W

и др.

Экспериментальные и численные исследования поглощения энергии термоусадочной круглой трубкой при квазистатическом нагружении

.

Int J Mech Sci

2018

;

137

:

284

294

.22.

Li

J

,

Gao

G

,

Dong

H

и др. .

Исследование поглощения энергии расширяющейся-расщепляющейся круглой трубкой путем экспериментальных исследований и численного моделирования

.

Тонкостенная конструкция

2016;

103

:

105

14

. 23.

Элахи

SM

,

Rouzegar

J

,

Assaee

H

.

Осевое расщепление конической усы: экспериментальное и численное исследование и оптимизация ударопрочности

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

127

: 604–16,24.

Yu

Y

,

Gao

G

,

Dong

H

и др.

Численное исследование поглощения энергии поглотителем энергии изгиба-правки с большим ходом

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

122

:

30

41

,25.

Wolter

W

.

аварийные рельсовые транспортные средства — Рекомендации для производителей и операторов

.

Zev Rail Glazers Annalen

2004

;

128

. 26.

Jaeggi

A

,

Weigelt

M

,

Flechtner

F

и др.

Европейская гравитационная служба для улучшенного управления чрезвычайными ситуациями — Обзор проекта и первые результаты [C] // AGU Fall Meeting Abstracts

.

2015

. 27.

Gao

G

,

Guan

W

,

Li

J

и др.

Экспериментальное исследование активно-пассивного интегрального поглотителя энергии для железнодорожного подвижного состава

.

Тонкостенная конструкция

2017

;

117

:

89

97

,28.

Yu

Y

,

Gao

G

,

Guan

W

и др. .

Правила подобия шкалы с постоянством ускорения для столкновения поездов

.

Proc Inst Mech Eng F J Rail Rapid Transit

2018;

232

: 2466–80.29.

Ambrósio

JAC

,

Pereira

MFOS

,

Dias

JP

.

Распределенные и дискретные нелинейные деформации в многотельной динамике

.

Нелинейная динамика

1996

;

10

:

359

379

. 30.

Dias

JP

,

Pereira

MS

.

Методы оптимизации расчета ударопрочности с использованием многотельных моделей

.

Comput Struct

2004

;

82

:

1371

1380

. 31.

Li

R

,

Xu

P

,

Peng

Y

и др.

Масштабные испытания и численное моделирование столкновений рельсовых транспортных средств для различных составов поездов

.

Proc Inst Mech Eng F J Rail Rapid Transit

2016

;

230

: 1590–1600.

© Автор (ы) 2019.Опубликовано Oxford University Press от имени Central South University Press.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/), которая разрешает некоммерческое повторное использование, распространение, и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинала. По вопросам коммерческого повторного использования обращайтесь по адресу [email protected]

энергораспределение ударного процесса поезда на основе активно-пассивного метода поглощения энергии | Безопасность на транспорте и окружающая среда

Аннотация

В этой статье исследуются характеристики поглощения энергии поездами для активно-пассивной защиты.Одномерная имитационная модель столкновения традиционных вагонов метро и транспортных средств с активной и пассивной безопасностью была разработана на основе теории динамики множества тел с использованием программного обеспечения для моделирования MATLAB. Эффективность имитационной модели была подтверждена тестами масштабных столкновений. Затем были изучены характеристики поглощения энергии традиционными поездами и поездами активной-пассивной безопасности при различных условиях сортировки. Результаты показали, что при увеличении количества транспортных средств с 5 до 8 поглощение энергии на границе раздела 1 для поездов активной-пассивной безопасности во время столкновения составило 681 кДж, 775 кДж, 840 кДж и 901 кДж, а физическое сжатие стык головного вагона поездов активной-пассивной безопасности составлял 619 мм, 704 мм, 764 мм и 816 мм, что намного ниже максимального значения 1773 мм.Таким образом, головной вагон метрополитена с активной пассивной безопасностью обладал достаточной энергоемкостью. Наконец, чтобы найти максимальную безопасную скорость удара поездов активной-пассивной безопасности, было изучено распределение энергии вагонов метро активной-пассивной безопасности с 8-вагонной сортировкой при различных скоростях удара. Было обнаружено, что безопасная скорость удара вагона метро с активной и пассивной безопасностью, соответствующего требованиям стандарта EN15227 для столкновений, достигла 32 км / ч, что намного превышает безопасную скорость удара 25 км / ч, допустимую для традиционных поездов, и представляет собой увеличение безопасной скорости удара на 28%.Суммарное поглощение энергии столкновения на стыке головного вагона активно-пассивных поездов было на 89,1% выше, чем у традиционных поездов при безопасной скорости удара. Таким образом, метод активно-пассивного поглощения энергии оказался эффективным для повышения ударопрочности поездов метро.

1. Введение

Крушение поезда приводит к серьезным человеческим жертвам и материальному ущербу. Чтобы уменьшить ущерб, причиняемый авариями поездов, во многих странах были изучены их ударопрочность, и были установлены обязательные стандарты.Детальные методы проектирования ударопрочности поездов и основные условия расчета обычно рассматриваются в стандартах по ударопрочности [1, 2]. В целом, эти стандарты ударопрочности основаны на многоступенчатых системах поглощения энергии с использованием технологии пассивной безопасности, в которой деформируемый противовесный подъемник устанавливается в фиксированном положении по обе стороны от края железнодорожного транспортного средства для поглощения кинетической энергии. энергия столкновения. С учетом сцепных свойств железнодорожного подвижного состава, защиты от подъема и поглощения энергии продольный размер деформируемого средства защиты от подъема не может превышать продольный размер сцепной системы.Большие пластические деформации конструкции происходят только в передней части кабины транспортного средства для поглощения кинетической энергии удара [3].

Доказано, что эта пассивная система защиты имеет благоприятный эффект ударопрочности; в результате большинство исследователей уделяют больше внимания характеристикам столкновения железнодорожного транспорта [4–6]. Поскольку муфта на транспортном средстве обычно имеет стандартную конструкцию, основное внимание в исследованиях уделяется сжатой трубке на муфте, в которой обычно используется расширяющийся механизм поглощения энергии [7].В целом концепция ударопрочности железнодорожных транспортных средств основана на предпосылке, что только энергопоглощающая конструкция может полностью рассеивать кинетическую энергию удара, оставляя при этом остальную часть конструкции транспортного средства нетронутой. Поэтому большинство исследователей сосредотачиваются в первую очередь на изучении особых энергопоглощающих структур. Эти специальные энергопоглощающие конструкции обычно соединяются с антиподъемником, который поглощает кинетическую энергию удара и предотвращает подъем транспортного средства.Специальные энергопоглощающие структуры можно разделить на осевое схлопывание [8–10], разрезание [11], расщепление [12, 13], расширение [14, 15], изгиб [16, 17] и инверсионные [18, 19] структуры. . Для увеличения поглощения энергии, несущей способности и эффективности энергопоглощающей конструкции можно использовать тонкостенную конструкцию с различными типами сотового алюминия [20].

В последние годы, стремясь улучшить деформационные ходы и эффективность поглощения энергии энергопоглощающими конструкциями в ограниченном пространстве транспортного средства, большое количество исследователей предложили различные энергопоглощающие конструкции с большими ходами деформации, такие как как термоусадочная круглая трубка [21] и цилиндрическая колющая трубка [22, 23], ход деформации которых приблизился к 100%.Также был предложен новый поглотитель энергии, способный создавать больший ход деформации, чем его свободная длина [24]; эффективное расстояние дробления (ECDR) этой конструкции может превышать 1. Были проведены исследования, чтобы получить более полное представление об энергопоглощающих характеристиках этих технологий и предоставить основные рекомендации по применению поглотителей энергии. Кроме того, рассмотренные выше структуры поглощения энергии эффективно улучшили ударопрочность железнодорожного транспорта, соблюдая обязательные стандарты ударопрочности.

Однако, с постоянным увеличением скорости поездов метро, ​​мгновенная скорость поезда при столкновении может превышать указанную в существующих стандартах по ударопрочности поездов. Чтобы решить проблемы, связанные с более высокими скоростями поездов и быстрым развитием сетей городского железнодорожного транспорта, исследователи из разных стран стремятся повысить безопасную скорость столкновения для транспортных средств метро с 25 км / ч до 36 км / ч, например SAFETRAIN. Спонсируемый Европейским Союзом (ЕС) и МСЖД проект по ударопрочности поездов [25] и проект Horizon 2020 [26].Однако увеличение безопасной скорости столкновения для вагонов метро потребует, чтобы зона деформации вагонов рассеивала почти вдвое большую кинетическую энергию, что значительно увеличит силу удара зоны деформации. Поэтому при аварии поезда жизненное пространство транспортных средств должно выдерживать удвоенную силу удара. Согласно действующим обязательным стандартам ударопрочности, для обеспечения целостности жилого помещения необходимо увеличить прочность железнодорожного подвижного состава, что приведет к увеличению веса конструкции транспортного средства.Чтобы поддерживать такую ​​же осевую нагрузку железнодорожного транспортного средства, это увеличение веса обязательно приведет к уменьшению количества пассажиров, что существенно повлияет на эффективность транспортировки железнодорожного транспортного средства. Альтернативным методом могло бы быть использование высокопрочных материалов для удовлетворения требований к прочности конструкции транспортного средства, что также привело бы к увеличению затрат на производство транспортного средства. Поэтому стоит изучить возможность совершенно нового метода проектирования энергопоглощающих конструкций для железнодорожных транспортных средств, который не влечет за собой увеличения прочности конструкции или производственных затрат.

В предыдущих работах по этой теме изучались только возможности и характеристики поглощения энергии активно-пассивных режущих энергопоглощающих структур [27]; влияние активно-пассивных энергопоглощающих конструкций на ударные характеристики железнодорожного подвижного состава при столкновениях не изучалось. Поскольку железнодорожные транспортные средства состоят из нескольких вагонов, существуют проблемы, требующие особого внимания, такие как ударное повреждение одного вагона и сцепное столкновение между транспортными средствами во время столкновений.Даже при использовании одних и тех же соединителей и энергопоглощающих конструкций характеристики столкновения транспортных средств, находящихся в разных местах посадки, различаются [28]. Было обнаружено, что изменение механических свойств энергопоглощающих структур головного вагона оказывает значительное влияние на характеристики сцепления и удара и характеристики рассеивания энергии всего поезда в процессе столкновения. Поэтому в данной статье используется метод численного моделирования для изучения влияния методов активно-пассивного поглощения энергии на характеристики рассеивания энергии всего поезда во время столкновений с целью получения оптимальных механических параметров активно-пассивного поглощения энергии. конструкции с учетом условий рассеивания энергии удара всего поезда.Разработана одномерная имитационная модель столкновений, учитывающая активно-пассивные методы поглощения энергии, и предложены кривые ударной силы-смещения головного вагона с активно-пассивными энергопоглощающими структурами. Кроме того, изучено влияние механических параметров активно-пассивных энергопоглощающих структур на характеристики рассеивания энергии транспортных средств в условиях различных групповых ударов.

2. Одномерная имитационная модель столкновений

2.1. Теория динамики множественных тел

Стандарт по ударопрочности EN15227 [1] показывает, что многотельную динамическую модель можно использовать для моделирования ударопрочности поездов. Стандарт оговаривает, что обитаемая часть кузова автомобиля должна быть высокопрочной и трудно деформируемой; эту область можно заменить массовыми узлами в моделировании. Кроме того, муфты и энергопоглощающие конструкции между автомобилями можно моделировать с помощью нелинейных пружинных элементов. Модель удара поезда с использованием многотельной модели динамики была предложена в Ambrósio et al.[29], которые продемонстрировали осуществимость модели с помощью моделирования методом конечных элементов (КЭ) и краш-тестов транспортных средств. Ударопрочность высокоскоростного поезда также была проанализирована с помощью создания многотельных моделей [30]. В этом исследовании учитывалось рассеяние энергии транспортного средства в продольном направлении и предполагалось, что транспортные средства не сойдут с рельсов во время столкновения. Таким образом, с использованием теории динамики многих тел были построены два типа одномерной модели столкновения — на основе конструкций традиционных железнодорожных транспортных средств и конструкций железнодорожного подвижного состава с активной и пассивной безопасностью.

В продольном направлении основная сила включает в себя нелинейные рессоры между транспортными средствами. Следовательно, согласно уравнению Лагранжа первого типа для нескольких твердых тел, уравнение движения каждого кузова автомобиля можно записать как

\ begin {Equation} {M} _i {\ ddot {s}} _ i = {f} _i + {F} _i \ end {формула}

(1) где | $ {M} _i $ | — качество кузова автомобиля для первого | $ i $ | ⁠; | $ {f} _i $ | — трение между массой тела и поверхностью рельса для первых ; и | $ {F} _i $ | — нелинейная сила между каждой частицей кузова автомобиля для первых и .{\ prime} = & \ \ left [\ begin {array} {@ {} cccccc @ {}} 0 & \ cdots & 0 & 1 & \ cdots & 0 \\ {} \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots \\ {} 0 & \ cdots & 0 & 0 & \ cdots & 1 \\ {} 0 & \ cdots & 0 & 0 & 0 & 0 \\ {} \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots & \ vdots \\ {} 0 & \ cdots & 0 & 0 & \ cdots & 0 \ end {array} \ right] \ nonumber \\ & \ cdot \ left \ {\ begin {array} {@ {} c @ {}} { s} _1 \\ {} \ vdots \\ {} {s} _n \\ {} {\ dot {s}} _ 1 \\ {} \ vdots \\ {} {\ dot {s}} _ n \ end { array} \ right \} + \ left \ {\ begin {array} {@ {} c @ {}} 0 \\ {} \ vdots \\ {} 0 \\ {} \ frac {f_1} {M_1} \ \ {} \ vdots \\ {} \ frac {f_n} {M_n} \ end {array} \ right \} + \ left \ {\ begin {array} {@ {} c @ {}} 0 \\ {} \ vdots \\ {} 0 \\ {} \ frac {F_1} {M_1} \\ {} \ vdots \\ {} \ frac {F_n} {M_n} \ end {array} \ right \} \ end {align }

(3)

, где

| $ \ {s \} = {\ {{s} _1 \ kern0.T $$

— вектор нелинейной силы для кузова автомобиля; и

$$ [жесткая] = \ left [\ begin {array} {@ {} cc @ {}} {0} _ {n \ times n} & {I} _ {n \ times n} \\ {} {0} _ {n \ times n} & {0} _ {n \ times n} \ end {array} \ right] $$

⁠, | $ {0} _ {n \ times n} $ | для | $ n $ | нулевой квадрат порядка, | $ {I} _ {n \ times n} $ | для | $ n $ | матрица ячеек порядка.

Уравнение (3) преобразуется в

\ begin {уравнение} \ {\ dot {s} \} = [жесткое] \ cdot \ {s \} + \ {f \} + \ {F \} \ end {уравнение }

(4)

Из-за смещения корпуса вектор комбинации скоростей | $ \ {s \} $ | ⁠, отсутствие значимого времени | $ t $ | и матрица коэффициентов | $ [жесткая] $ | ⁠, это также постоянная матрица.Трение поезда, сила пружины и тормозная сила являются нелинейными векторами, тесно связанными с ходом сжатия, относительным смещением и историей времени загрузки соседних транспортных средств. Однако у них нет значительного времени | $ t $ | ⁠. Таким образом, уравнение движения многотельной сцепленной ударной цепи представляет собой сильно нелинейную группу дифференциальных уравнений второго порядка.

Для решения уравнения (4) в технике широко используется метод Рунге-Кутта четвертого порядка. Требуются только базовые операции, такие как умножение и сложение матрицы и вектора, а обращение матрицы не требуется.5) $ | ⁠. Ясно, что этой точности достаточно для удовлетворения инженерных требований. Как только решение получено, кривые изменения скорости, ускорения и смещения транспортного средства, а также хода деформации соединительной муфты и энергопоглощающей конструкции могут быть непосредственно получены в различных положениях группировки. Затем, используя метод пошагового интегрирования, можно получить кинетическую энергию, потребляемую трением транспортного средства в различных положениях группировки, и кинетическую энергию удара, поглощаемую деформацией соединительной муфты и энергопоглощающей конструкции.

2.2. Имитационная модель многотельной динамики

В этом исследовании многотельная динамика была построена из комбинации твердотельных и нелинейно-пружинных элементов с использованием программного обеспечения MATLAB. Кузов автомобиля был упрощен как жесткий кузов. Нелинейно-пружинные элементы, используемые для обозначения муфт и зон деформации, были определены из кривой сдавливающего усилия-смещения вагона метро. Проанализировано рассеяние энергии поездами, оснащенными подвижным составом с двумя типами энергопоглощающих конструкций.В соответствии со стандартом ударопрочности EN15227 [1], условия удара были заданы как движущийся поезд с 7-ми вагонами, который врезался в идентичный стоящий поезд на скорости 25 км / ч. Традиционные вагоны метро, ​​использованные в симуляции, имели три типа сортировки: 5-вагонный, 6-вагонный и 7-вагонный. Для облегчения анализа количество автомобилей и точек соприкосновения с ударами пронумеровано. При столкновении двух вагонов метро с 7-вагонной перегрузкой произошло 13 ударных стыков. Имитационная модель столкновения многотельной динамики поездов представлена ​​на рис.1.

Рис. 1

Моделирование столкновений многотельной динамики поездов

Рис.1

Моделирование столкновений многотельной динамики поездов

При столкновении поездов каждый вагон движущегося поезда получает реакция на ударную нагрузку в разное время. Из-за пластической деформации энергопоглощающей конструкции ударная волна испытывает определенные потери энергии в процессе распространения.В то же время задняя ударная волна распространяется от задней части к передней, а суперпозиция и связь передней и задней ударных волн вызывают множественные столкновения транспортного средства. В разное время состояния нагрузки и разгрузки энергопоглощающих структур между автомобилями различаются, что приводит к неоднородности силы удара, ускорения удара, деформации и поглощения энергии каждого автомобиля. Поэтому для эффективного воспроизведения характеристик нагрузки и разгрузки в процессе моделирования была разработана упрощенная модель нелинейного гистерезиса, как показано на рис.2. Когда межфазная сила находится в стадии нагружения, сила следует за силой сжатия нелинейной пружины F1. Когда межфазная сила переходит в стадию разгрузки, межфазная сила начинает разгружаться (F2).

Рис. 2

Модель гистерезиса загрузки и разгрузки между вагонами

Рисунок 2

Модель гистерезиса загрузки и разгрузки между вагонами

Кривые загрузки и разгрузки показаны на рис.3. Сплошная линия указывает кривую нагружения, содержащую упругое и пластическое поведение, а пунктирная линия показывает кривую разгрузки, проходящую по траектории, параллельной упругому наклону. К кривым нагружения применялась постоянная сила нагрузки, чтобы моделировать силы дробления на различных этапах поглощения энергии. Силы разгрузки были получены из уменьшения упругой деформации конструкций.

Рис. 3

Кривые усилия нагружения-разгрузки транспортного средства

Рис.3

Кривые сила-смещение нагружения-разгрузки транспортного средства

Во время столкновения существуют четыре условия: упругая нагрузка, пластическая нагрузка, упругая разгрузка и пластическая разгрузка. Эти четыре условия определяются следующим образом:

\ begin {уравнение} Состояние \ begin {cases} if \ {d} _t- {d} _ {t- \ треугольник t} \ ge 0 & (загрузка) \\ {} if \ {d} _t \ ge {d} _ {\ mathrm {max}} & (\, следуйте \ загрузке \ кривой) \\ {} if \ {d} _t \ ge {d} _ {\ mathrm {max }} & (\, следуйте \ кривой \ разгрузки) \\ {} if \ {d} _t- {d} _ {t- \ треугольник t} <0 & (разгрузка) \ end {cases} \ end {формула }

(13)

\ begin {equal} Mode \ begin {cases} if \ {d} _ {(t-1) i} (14)

где | $ {d} _t $ | — текущая дистанция дробления; | $ {d} _ {t- \ треугольник t} $ | предыдущее смещение дробления; и | $ {d} _ {\ mathrm {max}} $ | это максимальная дистанция дробления до т .Когда после разгрузки происходит новое нагружение, сила сначала следует кривой разгрузки, пока dt не достигнет расстояния. Для упругой фазы, когда | $ {d} _ {(t-1) i}

2.3. Механические характеристики передней части автомобиля

2.3.1. 2.3.1. Кривые вытеснения головной машины

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части традиционного вагона метро показана на рис.4. Видно, что конструкция кривой силы удара-смещения передней части представляет собой типичную многоступенчатую систему поглощения энергии. Принимая во внимание сцепные и противовесные характеристики железнодорожного подвижного состава, продольный размер структуры поглощения энергии не может превышать продольный размер соединительной системы. При столкновении происходит сцепление двух железнодорожных вагонов, деформационная труба сцепки истощается, срезные болты сцепки выходят из строя при ударе, и сцепное устройство возвращается в поезд.Затем энергопоглощающая структура подвергается пластической деформации. Неважные конструкции на концах кабины водителя также подвергаются большой пластической деформации.

Рис. 4

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части традиционного вагона метро

Рис.4

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части традиционного вагона метро

Разрушающая сила -кривая смещения передней части вагона-метрополитена активной-пассивной безопасности по принципу работы активно-пассивных энергопоглощающих конструкций представлена ​​на рис.5. Разрушающие силы активно-пассивных энергопоглощающих структур и традиционной энергопоглощающей конструкции находятся на одном уровне. Увеличенная длина активно-пассивных энергопоглощающих структур преодолевает ограничения ответвителя на продольный размер поглотителя, что значительно увеличивает ход деформации структур. Кроме того, необходимо обеспечить, чтобы сила удара платформы была постоянной величиной в процессе столкновения, чтобы активно-пассивные энергопоглощающие конструкции обеспечивали изменяющуюся кривую платформы в различных положениях сжатия.На отдельной стадии поглощения энергии активно-пассивным поглотителем энергии сила платформы равна силе разрушения традиционной структуры поглощения энергии. В общей области поглощения энергии соединителя и энергопоглощающей конструкции активно-пассивный поглотитель энергии имеет более низкую платформенную силу, чтобы гарантировать постоянное значение результирующих сил раздавливания поглотителя и соединителя. В практических инженерных приложениях к активно-пассивному поглотителю энергии можно применить трубу с переменным сечением для согласования сил платформы в различных положениях.Видно, что поглощение энергии вагонами метро с активной и пассивной безопасностью намного превосходит поглощение энергии традиционными вагонами метро, ​​что имеет большое значение для ударопрочности поезда в случае высокой рабочей скорости.

Рис. 5

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части вагона активной-пассивной безопасности

Рис. 5

Кривая сдавливающего усилия-смещения передней части метрополитена активной-пассивной безопасности Автомобиль

2.3.2. Конфигурация параметров

В этом исследовании использовались правила рассеяния энергии традиционных вагонов метро и автомобилей с активно-пассивной безопасностью при различных условиях сортировки. Условия удара были заданы как движение движущегося поезда с 8-ми вагонами, идущего во время столкновения с идентичным стоящим составом на скорости 25 км / ч. Коэффициент динамического трения между поездом и рельсом составил 0,003. В исследовании изучались столкновения поездов метро с участием транспортных средств с тремя типами сортировки. Масса прицепа с кабиной (ТК) составляла 32 тонны, масса легковых автомобилей с пассажирами (МП) — 35 тонн, масса прицепа (Т) — 30 тонн.Ударная масса каждой машины составляла условную массу при нормальных условиях эксплуатации плюс половину массы пассажиров. Конфигурация каждой сортировки показана ниже.

Сборка с 8 автомобилями: TC_MP_T_MP_MP_ T_MP_TC

Сборка с 7 автомобилями: TC_MP_MP _T_MP_MP_TC

Сборка с 6 автомобилями: TC_MP_MP_MP_MP_TC

ll 5-вагонный амортизатор и противоударный механизм TC_MP_MP_MP_TC

традиционные вагоны метро показаны в таблице 1.

Таблица 1

Конфигурации сцепки и амортизатора против наезда для традиционных вагонов метро

Интерфейс No. . Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 НЕТ 41.6
2 73 36,7 Нет данных 59,1
3 73 29,3 Нет 51,3 Нет данных 61,4
5 73 47,8 Нет данных 71,0
6 73 48,5 4
7 73 300 Н / Д 337
8 73 218,5 819
. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 НЕТ НЕТ
. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 N / A N / A
Таблица 1

Конфигурации муфты и противоскользящего амортизатора для традиционных вагонов метро

. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 НЕТ НЕТ
. Муфта . Амортизатор против подъема .
Буфер . Дробильная трубка .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головных вагонов 550 73 1050 300 1100 600
Интерфейс средних вагонов 550 300 N / A N / A

Типы компоновки вагонов метро с активной и пассивной безопасностью, исследованные в этом исследовании, были такими же, как и у традиционных вагонов.Конфигурации сцепки головных и средних вагонов для вагонов активной-пассивной безопасности были такими же, как и у традиционных вагонов метро. Однако кривые сила-смещение поглотителя для автомобилей с активной и пассивной безопасностью полностью отличались от кривых для традиционных вагонов метро. Конфигурации сопряжения головных вагонов для машин активной-пассивной безопасности показаны в таблице 2. Из рис. 5 и таблицы 2 видно, что кривые сила-смещение стыка головных вагонов для Активно-пассивные средства безопасности делятся на три стадии: стадия расширения активно-пассивного поглотителя энергии, общая стадия активно-пассивного поглотителя энергии и ответвителя и начальная стадия активно-пассивного поглотителя энергии.

Таблица 2

Конфигурации интерфейса головных вагонов для автомобилей активной-пассивной безопасности

. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной кабины 1100 800 1100 373 1100 600
. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной машины 1100 800 1100 373 1100 600
Таблица 2

Конфигурации пассивных вагонов для интерфейса активной – головной автомобили безопасности

. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной кабины 1100 800 1100 373 1100 600
. Активно-пассивный поглотитель энергии (удлинитель) . Активно-пассивный поглотитель энергии
и ответвитель .
Активно-пассивный поглотитель энергии
(начальный) .
Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) . Нагрузка (кН) . Ход (мм) .
Интерфейс головной кабины 1100 800 1100 373 1100 600

2.4. Валидация имитационной модели

Перед изучением характеристик столкновения поездов метро с различными конструктивными структурами необходимо проверить одномерную имитационную модель столкновения, разработанную в MATLAB.Экспериментальные результаты обычно считаются наиболее точными, и этот тип многотельных тестов уже проводился в предыдущем исследовании. Ли и др. [31] исследовали масштабные тесты столкновений различных поездов на основе π-теории. Испытана модель столкновения трехвагонного поезда. Экспериментальная модель рассматривалась только как многотельная динамическая модель для сравнения с результатами моделирования MATLAB при идентичных условиях удара. Одно из этих испытаний, эксперимент с тележкой, врезавшейся в стоящий трехвагонный состав, был проведен, как показано на рис.6. Экспериментальное испытание включало движущийся троллейбус с энергопоглощающими конструкциями спереди и ударил неподвижный поезд с трехвагонными комплектами. Скорость столкновения составила 6,5 м / с. Вся модель столкновения была ограничена гусеницей, чтобы гарантировать, что удар произошел только в продольном направлении.

Рис. 6

Рис. 6

Структура масштабированного кузова вагона показана на Рис. 7, на котором 1, 2 и 3 представляют позиции сортировки поезда, а MED-H, MED -R, CD-H и CD-R представляют собой основной поглотитель энергии головной кабины, основной поглотитель энергии остальных вагонов, дробильное устройство головной кабины и дробильное устройство остальных вагонов соответственно.Параметры сот приведены в таблице 3.

Рис. 7

Конструкция масштабного кузова автомобиля [31]. CD-H: дробильное устройство головной машины; CD-R: дробильное устройство остальных вагонов; MED-H: основной поглотитель энергии головной машины; MED-R: основной поглотитель энергии остальных вагонов

Рис. 7

Конструкция масштабного кузова вагона [31]. CD-H: дробильное устройство головной машины; CD-R: дробильное устройство остальных вагонов; MED-H: основной поглотитель энергии головной машины; MED-R: основной поглотитель энергии оставшихся вагонов

Таблица 3

Параметры сот [31]

Категория . Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0,56 17,188 300
CD-H 10 0,06 0,010 0,06 MED-R 6 0.06 0,436 15,625 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23,4 55
Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0,56 17,188 300
CD-H 10 0,010 0,06 0,06 MED-R 6 0,06 0,436 15,625 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23.4 55
Таблица 3

Параметры сот [31]

Категория . Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0.56 17,188 300
CD-H 10 0,06 0,182 9,375 77
MED-R 0 0,4 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23,4 55
Категория . Размер ячейки (мм) . Толщина (мм) . Напряжение (МПа) . Усилие дробления (кН) . Длина (мм) .
MED-H 5 0,06 0,56 17,188 300
CD-H 10 0,06 0,010 0,06 MED-R 6 0.06 0,436 15,625 20
CD-R 7,5 0,06 0,273 23,4 55

условия исследования параметры и влияние моделирование согласуются с таковыми из вышеприведенного теста. Однородная масса масштабированного кузова вагона — 100 кг, масса тележки — 750 кг. Компоненты, поглощающие энергию, считаются нелинейными исполнительными механизмами, и механические свойства этих исполнительных механизмов определяются путем определения характеристик нагрузки и разгрузки нелинейных пружин.Сила дробления и начальная длина различных энергопоглощающих структур показаны в таблице 1. Результаты моделирования в MATLAB сравниваются с результатами экспериментального моделирования и моделирования методом конечных элементов. На рис. 8 показано сравнение экспериментальных кривых смещения MATLAB и FE. Наблюдая за перемещением троллейбуса, можно обнаружить, что кривые перемещения конечно-элементного моделирования и моделирования в MATLAB похожи, а значения на начальной стадии удара заметно выше, чем в экспериментальных результатах.Основная причина этого заключается в том, что на ранней стадии удара между тележкой и рельсом возникает большое трение, что приводит к быстрому снижению скорости транспортного средства.

Рис. 8

Сравнение экспериментального моделирования, моделирования в MATLAB и FE. (a) Троллейбус, (b) Car1, (c) Car2 и (d) Car3. FE: конечный элемент

Рис. 8

Сравнение экспериментального моделирования, моделирования MATLAB и FE. (a) Троллейбус, (b) Car1, (c) Car2 и (d) Car3.FE: конечный элемент

Сравнение сжатия и поглощения энергии между симуляцией MATLAB и экспериментальным тестом показано в таблице 4. Сравнивались все границы раздела столкновений. Было обнаружено, что каждая ошибка была менее 10%. Оба экспериментальных результата для Car3 были равны 0; это связано с тем, что диссипация энергии на этой границе раздела почти завершилась, и явной деформации не было. В моделировании MATLAB сжатие можно вычислить подробно, но величина результатов мала, и ошибки можно игнорировать.Таким образом, имитационная модель может использоваться для анализа правила масштабированного подобия.

Таблица 4

Сравнение сжатия и поглощения энергии

Категория . Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Троллейбус 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 214 4,2
Автомобиль2 35,7 34 -5 0.84 0,79 -6,3
Car3 2,8 0 Н / Д 0,064 0 Н / Д
9017 .
Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Троллейбус 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 214 4,2
Автомобиль2 35,7 34 -5 0.84 0,79 -6,3
Car3 2,8 0 N / A 0,064 0 N / A
9 Таблица сравнения сжатия и поглощения энергии 4

9010
Категория . Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Тележка 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 65 -4,2
Car2 35,7 34 -5 0,84 0,79 -6,3
Car3 2,8 902 2,8 902 902 0 НЕТ
9010
Категория . Степень сжатия (мм) . Поглощение энергии (кДж) .
Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) . Моделирование . Эксперимент . Ошибка (%) .
Тележка 212 226 6,4 3,17 3,4 6,7
Автомобиль1 214 214 65 -4,2
Car2 35,7 34 -5 0,84 0,79 -6,3
Car3 2,8 902 2,8 902 902 0 Н / Д

3. Распределение энергии между различными транспортными средствами

Ударная скорость 25 км / ч была применена к поезду, который столкнулся с неподвижным поездом.Численные результаты для поверхностей столкновения традиционных вагонов метро показаны в таблице 5. Были проанализированы продольный физический ход сжатия и поглощение энергии на стыках столкновений поездов. Следует отметить, что ход сжатия муфт и энергоконструкций на противостоящих автомобилях был практически одинаковым. Общее поглощение энергии интерфейсом головной машины было значительно выше, чем у других интерфейсов в процессе столкновения; физическое сжатие дробящей трубы и поглотителя составляло 300 мм и 611 мм соответственно.Общее поглощение энергии интерфейсом второй машины было значительно выше, чем энергия, поглощенная задней поверхностью раздела, и физическое сжатие дробящей трубы достигло 203,5 мм. Можно сделать вывод, что стыки головного вагона и второго вагона сыграли решающую роль в диссипации кинетической энергии в процессе столкновения между двумя типами поездов.

Таблица 5

Численные результаты для интерфейсов столкновения традиционных вагонов метро

Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
Нет данных 70,2
6 73 45,9 Нет данных 68,7
7 73 203,5 203,5 8 73 300 611 1010
Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
нет данных 70,2
6 73 45,9 нет данных 68,7
7 73 203,5 73 203,5 8 73 300 611 1010
Таблица 5

Численные результаты для интерфейсов столкновений традиционных вагонов метро

Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
Нет данных 70,2
6 73 45,9 Нет данных 68,7
7 73 203,5 203,5 8 73 300 611 1010
Интерфейс No.. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,3 Нет данных 41,6
2 73 36,5 Нет 59.2
3 73 29,2 Нет данных 51,3
4 73 38,1 Нет 61,2
нет данных 70,2
6 73 45,9 нет данных 68,7
7 73 203,5 73 203,5 8 73 300 611 1010

Численные результаты для интерфейсов столкновения вагонов метро с активной и пассивной безопасностью относительно скорости 25 км / ч показаны в таблице 6.Как можно видеть, общее поглощение энергии на стыке головного вагона для вагонов метро с активной и пассивной безопасностью было значительно выше, чем у традиционных вагонов метро, ​​что указывает на то, что активно-пассивный поглотитель энергии значительно улучшил способность поглощения энергии. головной машины. Физическое сжатие дробящей трубы на стыке головной кабины было намного ниже расчетного значения 300 мм, что означает, что граница раздела могла рассеивать кинетическую энергию, когда скорость удара становилась больше 25 км / ч.

Таблица 6

Численные результаты для интерфейсов столкновения вагонов метро с активной и пассивной безопасностью

73 9010 71 0
Интерфейс No. . Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 Нет данных 41,6
2 73 36,7 Нет 59,1 59,1 29,3 Нет данных 51,3
4 73 38,6 Нет данных 61,4
5 73 47,8 Нет
6 73 48,5 НЕТ 71,4
7 73 300 Н / Д 337 89 819 901
73 9010 Числовые результаты для коллизии
Интерфейс No. . Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 Нет данных 41,6
2 73 36,7 Нет 59,1 59,1 29,3 НЕТ 51,3
4 73 38.6 Нет данных 61,4
5 73 47,8 Нет данных 71,0
6 73 4810 Нет 73 4810 7 73 300 Н / Д 337
8 73 218,5 819 901
81 4 Таблица 6 вагоны метро активной – пассивной безопасности

Интерфейс №. Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
1 73 19,8 Нет данных 41,6
2 73 36,7 Нет 59.1
3 73 29,3 Н / Д 51,3
4 73 38,6 Н / Д 61,4 470209 н / д 71,0
6 73 48,5 н / д 71,4
7 73 300 73 300 8 73 218.5 819 901
7110 абсорбция различная энергия Интерфейсы традиционных вагонов метрополитена и вагонов метрополитена активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой показаны на рис. 9. Было обнаружено, что по мере увеличения количества транспортных средств с 5 до 8 , энергопоглощение стыка головного вагона для поездов активной-пассивной безопасности при столкновении составило 681 кДж, 775 кДж, 840 кДж и 901 кДж.Соответствующие цифры для поглощения энергии традиционными вагонами метро составляли 742 кДж, 859 кДж, 947 кДж и 1010 кДж. Увеличение поглощения энергии интерфейсом второй машины традиционных транспортных средств было значительно ниже, чем у транспортных средств с активной и пассивной безопасностью. По мере увеличения количества транспортных средств потребление энергии традиционными вагонами метро составило 114 кДж, 149 кДж, 179 кДж и 234 кДж. Соответствующие результаты для поглощения энергии интерфейсом второй кабины транспортных средств активной-пассивной безопасности составили 173 кДж, 231 кДж, 284 кДж и 337 кДж.Можно видеть, что, когда энергетическая структура вагонов метро была улучшена до активно-пассивного поглотителя энергии, диссипация энергии столкновения постепенно сместилась на второй вагон, что указывает на то, что поглощение энергии на границе раздела второго вагона значительно увеличилось. увеличен по сравнению с аналогичным интерфейсом для традиционных вагонов метро. Снижено энергопоглощение интерфейсов головной машины. Это также показывает, что транспортные средства с активно-пассивной безопасностью смогли рассеять кинетическую энергию, когда скорость удара возросла выше 25 км / ч.

Рис. 9

Сравнение поглощения энергии на различных стыках традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью с 8-, 7-, 6- и 5-вагонным распределением

Рис. 9

Сравнение поглощения энергии на разных стыках традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной пассивной безопасностью с 8-, 7-, 6- и 5-вагонным распределением

Сравнение поглощения энергии на стыках Головной вагон и второй вагон как традиционных вагонов метро, ​​так и вагонов метро с активной-пассивной безопасностью с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой показаны на рис.10. Видно, что по мере увеличения количества транспортных средств с 5 до 8 физическое сжатие стыка головного вагона традиционных поездов во время столкновения составило 741 мм, 849 мм, 929 мм и 989 мм. Физическое сжатие сопряжения головного вагона машины с 8-ми вагонной разборкой превысило максимальное значение 973 мм, что означает повреждение головной машины. Кроме того, физическое сжатие стыка головного вагона для поездов активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой составляло 619 мм, 704 мм, 764 мм и 816 мм, что было намного ниже максимальное значение 1773 мм.Таким образом, головной вагон метрополитена с активной-пассивной безопасностью обладал достаточной энергоемкостью.

Рис. 10

Сравнение физического сжатия интерфейса головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метрополитена активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонным распределением

Рис. 10

Сравнение физического сжатия интерфейса головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной пассивной безопасностью с 8, 7, 6 и 5 вагонами

4.Распределение энергии между различными скоростями удара

Из приведенного выше анализа видно, что головной вагон вагонов метро с активной пассивной безопасностью имел достаточную способность поглощать энергию при скорости удара 25 км / ч. Затем было изучено распределение энергии в вагонах метро с активной и пассивной безопасностью с 8-ми вагонами при различных скоростях удара с целью определения максимальной безопасной скорости удара для поездов с активной и пассивной безопасностью. На рис. 11 показано сравнение физического сжатия стыка головного вагона как традиционных вагонов метро, ​​так и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью при скоростях удара 25 км / ч, 27 км / ч, 29 км / ч, 31 км / ч и 33 км / ч.При увеличении скорости удара с 25 до 33 км / ч физическое сжатие стыка головного вагона традиционных поездов при столкновении составило 980 мм, 1026 мм, 1070 мм, 1117 мм и 1217 мм, что превышает максимальное значение 973 мм. Однако физическое сжатие поверхности раздела головного вагона активно-пассивных поездов при скоростях удара 25 км / ч, 27 км / ч, 29 км / ч, 31 км / ч, 32 км / ч и 33 км / ч. h составляла 819 мм, 1056 мм, 1319 мм, 1591 мм, 1730 мм и 1841 мм, что указывает на то, что физическое сжатие границы раздела головной кабины для активно-пассивных поездов при скоростях удара ниже 32 км / ч не превышало максимальное физическое сжатие 1773 мм.Другими словами, безопасная скорость удара метрополитена с активной и пассивной безопасностью, соответствующая требованиям стандарта EN15227 для столкновений, могла достигать 32 км / ч, что намного превышает безопасную скорость удара 25 км / ч, допускаемую традиционными поездами. и представляет собой увеличение безопасной скорости удара на 28%. Энергопоглощающая конструкция активно-пассивной безопасности была эффективна для повышения ударопрочности поезда метро.

Рис. 11

Сравнение физического сжатия поверхности сопряжения головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью при различных скоростях удара

Рис.11

Сравнение физического сжатия стыка головного вагона традиционных вагонов метро и вагонов метро с активной и пассивной безопасностью при различных скоростях удара

Активно-пассивный метод поглощения энергии значительно повысил безопасную скорость движения поезда при столкновении . На рис. 12 показано поглощение энергии границей раздела головного вагона активно-пассивных поездов при различных скоростях удара. Из рисунка видно, что поглощение энергии на стыке головного вагона активно-пассивных поездов при безопасной скорости удара 32 км / ч составляет 1910 кДж.Чтобы обеспечить сохранность базовой конструкции поезда, общее поглощение энергии столкновения на стыке головного вагона активно-пассивных поездов было на 89,1% выше, чем у традиционных поездов при безопасной скорости удара.

Рис. 12

Поглощение энергии на границе раздела головного вагона активно-пассивных поездов при различных скоростях удара

Рис. 12

Поглощение энергии на границе раздела головного вагона активного-пассивного поезда с разной скоростью удара

Поглощение энергии различными границами раздела активно-пассивных поездов при максимальной безопасной скорости удара показано на рис.13. Видно, что поглощение энергии стыками головного вагона и второго вагона активно-пассивных поездов при максимальной безопасной скорости удара 32 км / ч составило 1910 кДж и 337 кДж, почти достигнув максимально допустимого значения. значение интерфейса. Иными словами, в процессе столкновения поездов с 8-мя вагонами, способность поглощения энергии головного и второго вагонов была использована в максимально разумной степени.

Фиг.13

Поглощение энергии различными границами раздела активно-пассивных цепей при максимальной безопасной скорости удара

Рис. 13

Поглощение энергии различными интерфейсами активных-пассивных цепей при максимальной безопасной скорости удара

5 . Заключение

В данной статье исследуется ударопрочность поездов метро с активным и пассивным энергопоглощением, а также анализируется распределение энергии в процессе удара поезда на основе метода активно-пассивного поглощения энергии.Были получены следующие выводы:

  • (i) Используя теорию многотельной динамики, в MATLAB была разработана одномерная имитационная модель динамики многотельных столкновений, и эффективность имитационной модели была проверена с использованием результатов предыдущего уменьшения масштаба. эксперименты. Путем сравнения имитационная модель, разработанная для этого исследования, была полностью проверена и может быть использована для анализа характеристик столкновения поездов.

  • (ii) Были изучены правила рассеивания энергии традиционных вагонов метро и автомобилей с активной пассивной безопасностью при различных условиях сортировки.Физическое сжатие стыка головного вагона поездов активной-пассивной безопасности с 8-, 7-, 6- и 5-вагонной сортировкой составило 619 мм, 704 мм, 764 мм и 816 мм соответственно, что значительно ниже максимальное значение 1773 мм. Таким образом, головной вагон метрополитена с активной пассивной безопасностью обладал достаточной энергоемкостью.

  • (iii) скорость удара вагона метро с активной и пассивной безопасностью, соответствующего требованиям стандарта EN15227 для столкновений, достигла 32 км / ч, что намного превышает безопасную скорость удара 25 км / ч, допустимую для традиционных поездов, и что означает увеличение безопасной скорости удара на 28%.Суммарное поглощение энергии столкновения на стыке головного вагона активно-пассивных поездов было на 89,1% выше, чем у традиционных поездов при безопасной скорости удара. Таким образом, там активно-пассивный метод поглощения энергии оказался эффективным для повышения ударопрочности поездов метро.

Заявление о конфликте интересов. Не объявлено.

Список литературы

1.

Британский институт стандартов. BS EN 15227:

2008

: Железнодорожные приложения: требования к ударопрочности кузовов железнодорожных транспортных средств.BSI

2008

.2.

Европейский комитет по стандартизации

.

EN 15663-2000: Железнодорожные приложения: требования к конструкции кузовов железнодорожных транспортных средств

.

2000

.3.

Xu

P

,

Yang

C

,

Peng

Y

и др.

Аварийные характеристики и многоцелевая оптимизация постепенной энергопоглощающей конструкции для вагонов метро

.

Int J Mech Sci

2016

;

107

:

1

12

.4.

Martinez

E

,

Tyrell

D

,

Perlman

B.

Разработка проектов управления энергией столкновения для существующих пассажирских рельсовых транспортных средств. В: Международный конгресс и выставка машиностроения ASME 2004

, Анахайм, Калифорния, США,

2004

,

107

15

. 5.

Priante

M

,

Tyrell

D

,

Periman

B

.

Влияние типа поезда, веса вагона и длины поезда на ударопрочность пассажирского поезда. В: Proceedings of the 2005 ASME / IEEE Joint Rail Conference

, Pueblo, CO, USA,

2005

,

89

96

.6.

Jacobsen

КМ

.

Моделирование динамики столкновения оборудования пассажирских рельсов с управлением энергопотреблением при столкновении: диссертация, представленная Кариной М. Якобсен

.

2008

.7.

Яо

S

,

Li

Z

,

Ян

J

и др.

Анализ и оптимизация параметров расширяющейся энергопоглощающей конструкции для сцепного устройства рельсового транспорта

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

125

:

129

139

.8.

Abramowicz

W

,

Jones

N

.

Динамическое осевое дробление квадратных труб

.

Int J Impact Eng

1984

; 2:

179

208

.9.

Altin

M

,

Güler

MA

,

Mert

SK

.

Влияние процентного наполнения пеной на способность поглощать энергию сжатых в осевом направлении тонкостенных многокамерных квадратных и круглых труб

.

Int J Mech Sci

2017

;

131–2

:

368

379

.10.

Чжан

X

,

Чжан

H

.

Некоторые проблемы с осевым дроблением многоячеек

.

Int J Mech Sci

2015

;

103

:

30

39

. 11.

Гуань

W

,

Gao

G

,

Li

J

и др.

Анализ раздавливания и многоцелевая оптимизация абсорбера для резки алюминиевых труб для железнодорожного транспорта при квазистатической нагрузке

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

123

:

395

408

.12.

Dong

H

,

Gao

G

,

Chen

X

и др. .

Анализ на раздавливание поглотителя энергии колюще-изгибаемого стального листа при осевой нагрузке

.

Int J Mech Sci

2016

;

110

:

217

28

. 13.

Хуссейн

RD

,

Руан

D

,

Lu

G

.

Резка и дробление квадратных труб из алюминия / углепластика

.

Compos Struct

2017

;

171

:

403

418

. 14.

Ян

J

,

Луо

M

,

Хуа

Y

и др. .

Поглощение энергии расширительными трубками с помощью коническо-цилиндрической матрицы: эксперименты и численное моделирование

.

Int J Mech Sci

2010;

52

:

716

25

. 15.

Шакери

M

,

Salehghaffari

S

,

Mirzaeifar

R

.

Расширение круглых трубок жесткими трубками в качестве поглотителей энергии удара: экспериментальные и теоретические исследования

.

Int J Crashworthines

2007

;

12

:

493

501

. 16.

Чжан

X

,

Чжан

H

,

Ван

Z

.

Разрушение при изгибе квадратных труб переменной толщины

.

Int J Mech Sci

2016

;

106

:

107

116

.17.

Zhou

P

,

Beeh

E

,

Kriescher

M

и др. .

Экспериментальное сравнение характеристик поглощения энергии магниевых балок, заполненных пенополиуританом, и стальных балок при изгибе

.

Int J Impact Eng

2016

;

93

:

76

87

. 18.

Никнеяд

A

,

Moeinifard

M

.

Теоретические и экспериментальные исследования процесса внешней инверсии в круглых металлических трубках

.

Материал Des

2012

;

40

:

324

330

.19.

Qiu

X

,

He

L

,

Gu

J

и др. .

Трехмерная модель круглой трубы при квазистатической внешней свободной инверсии

.

Int J Mech Sci

2013

;

75

:

87

93

.20.

Sun

G

,

Li

S

,

Liu

Q

и др..

Экспериментальное исследование ударопрочности пустых труб из углепластика / алюминиевой пены / сотовых заполнителей

.

Compos Struct

2016;

152

:

969

93

. 21.

Li

J

,

Gao

G

,

Guan

W

и др.

Экспериментальные и численные исследования поглощения энергии термоусадочной круглой трубкой при квазистатическом нагружении

.

Int J Mech Sci

2018

;

137

:

284

294

.22.

Li

J

,

Gao

G

,

Dong

H

и др. .

Исследование поглощения энергии расширяющейся-расщепляющейся круглой трубкой путем экспериментальных исследований и численного моделирования

.

Тонкостенная конструкция

2016;

103

:

105

14

. 23.

Элахи

SM

,

Rouzegar

J

,

Assaee

H

.

Осевое расщепление конической усы: экспериментальное и численное исследование и оптимизация ударопрочности

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

127

: 604–16,24.

Yu

Y

,

Gao

G

,

Dong

H

и др.

Численное исследование поглощения энергии поглотителем энергии изгиба-правки с большим ходом

.

Тонкостенная конструкция

2018

;

122

:

30

41

,25.

Wolter

W

.

аварийные рельсовые транспортные средства — Рекомендации для производителей и операторов

.

Zev Rail Glazers Annalen

2004

;

128

. 26.

Jaeggi

A

,

Weigelt

M

,

Flechtner

F

и др.

Европейская гравитационная служба для улучшенного управления чрезвычайными ситуациями — Обзор проекта и первые результаты [C] // AGU Fall Meeting Abstracts

.

2015

. 27.

Gao

G

,

Guan

W

,

Li

J

и др.

Экспериментальное исследование активно-пассивного интегрального поглотителя энергии для железнодорожного подвижного состава

.

Тонкостенная конструкция

2017

;

117

:

89

97

,28.

Yu

Y

,

Gao

G

,

Guan

W

и др. .

Правила подобия шкалы с постоянством ускорения для столкновения поездов

.

Proc Inst Mech Eng F J Rail Rapid Transit

2018;

232

: 2466–80.29.

Ambrósio

JAC

,

Pereira

MFOS

,

Dias

JP

.

Распределенные и дискретные нелинейные деформации в многотельной динамике

.

Нелинейная динамика

1996

;

10

:

359

379

. 30.

Dias

JP

,

Pereira

MS

.

Методы оптимизации расчета ударопрочности с использованием многотельных моделей

.

Comput Struct

2004

;

82

:

1371

1380

. 31.

Li

R

,

Xu

P

,

Peng

Y

и др.

Масштабные испытания и численное моделирование столкновений рельсовых транспортных средств для различных составов поездов

.

Proc Inst Mech Eng F J Rail Rapid Transit

2016

;

230

: 1590–1600.

© Автор (ы) 2019.Опубликовано Oxford University Press от имени Central South University Press.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/), которая разрешает некоммерческое повторное использование, распространение, и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинала. По вопросам коммерческого повторного использования обращайтесь по адресу [email protected]

Калькулятор силы удара — расчет силы удара при столкновении

Рассчитайте приблизительную среднюю силу удара и пиковую силу удара от столкновения движущегося тела с выходными данными в ньютонах (Н, кН, МН, GN) и фунт-силах (фунт-сила) ).Калькулятор силы удара универсален и может также использоваться для расчета массы, скорости, а также расстояния или продолжительности столкновения. Работает как вычислитель силы столкновения автомобиля, вычислитель удара падающим предметом и т. Д.

Быстрая навигация:

  1. Использование калькулятора силы удара
  2. Формула силы удара
  • Примеры расчетов
  • Использование калькулятора силы удара

    Этот универсальный калькулятор силы удара полезен для оценки сил удара, возникающих при столкновениях различных типов.Например, его можно использовать для расчета силы удара транспортного средства (легкового автомобиля, грузовика, поезда), самолета, футбольного мяча, ударов птиц о самолет или ветряную мельницу, а также для падающих тел, которые врезаются в землю. Его также можно использовать для расчета силы удара различных видов снарядов. Вам нужно знать массу тела, скорость при ударе (можно вычислить, если вы знаете его ускорение и продолжительность его движения) и либо продолжительность столкновения (от первого контакта до конца процесса столкновения), либо расстояние столкновения, e.грамм. глубина изгиба бампера автомобиля после аварии.

    Калькулятор силы удара может также использоваться для решения для любого из других значений: массы, скорости, продолжительности удара и расстояния деформации . Соответствующие поля ввода будут скрыты или отображены после выбора того, для чего вы хотите использовать калькулятор.

    Выходные данные при вычислении силы столкновения в Ньютонах или КН, МН и ГН, а также фунт-сила (фунт-сила). Для других выходных значений используются как стандартные метрические, так и британские единицы, причем единицы автоматически регулируются в зависимости от того, насколько велико или мало полученное значение.

    Формула силы удара

    Формула силы удара, выраженная через скорость (скорость) тела при ударе ( v ), его массу ( м ) и расстояние столкновения ( d ), является первой формулой ниже:

    , тогда как второе уравнение применимо, если вместо расстояния столкновения мы знаем продолжительность столкновения ( t ), которая равна Δt = t 1 — t 0 , где t 0 — это первый момент, в который тела соединяются, и t 1 — момент, когда они достигают конца процесса деформации, вмятины или отскакивая друг от друга.Эта формула выведет результат в Ньютонах, если вы введете правильные стандартизованные метрические единицы: килограммы, метры, секунды, метры в секунду. Прямые преобразования этих формул силы удара приводят к расчетам массы тела, скорости при ударе, расстояния столкновения или продолжительности столкновения, и все это поддерживается нашим калькулятором силы.

    Вышеприведенное уравнение можно использовать для расчета как силы удара падающего объекта, так и силы удара горизонтально движущегося объекта, например, в автокатастрофе или авиакатастрофе .Формулу можно легко расширить, чтобы рассчитать приблизительную максимальную силу удара (также известную как пиковая сила удара) , умножив полученную среднюю силу удара на два.

    Если рассматривать силу при ударе с точки зрения разработки мер безопасности и оборудования, то сразу становится очевидным, что, поскольку масса тела обычно постоянна, переменными, которые можно изменить, являются скорость (отсюда законы ограничения скорости на большинстве дорог) и расстояние столкновения или продолжительность столкновения, которые обычно являются двумя сторонами одной медали.Производители автомобилей, например, делают автомобили менее прочными, чем они могут быть, поэтому они могут рассыпаться при приложении к ним чрезмерной силы, тем самым увеличивая расстояние деформации и, следовательно, продолжительность удара, что приводит к снижению силы удара во время автомобильной аварии.

    Точность формулы

    Формула удара имеет приличную точность, но, как и любая физическая модель, является лишь приближением. Некоторые предположения относительно силы пружины и распространения волн, а также твердости используемых материалов будут по-разному в разных ситуациях.Результаты этого калькулятора силы удара следует в основном использовать в качестве учебного пособия и приблизительного руководства, однако некоторые из них демонстрируют [3] , что уравнения могут использоваться для определения соответствующего диапазона измерения датчика силы во время испытаний на удар, утверждая, что «идеальный Допущение отскока », которое является частью формулы, работает хорошо, по крайней мере, в случае, обсуждаемом в официальном документе.

    Примеры расчетов

    Пример 1: Сила столкновения с автомобилем.Автомобиль весит 2400 кг (2,4 тонны) и движется с постоянной скоростью 27 км / ч при ударе о фонарный столб. Расстояние деформации составляет 75 см. Какая сила удара автомобиля?

    Во-первых, нам нужно преобразовать км / ч в м / с, что дает нам 27 / 3,6 = 7,5 м / с. Затем мы применяем первое уравнение, поскольку нам известно расстояние деформации, которое составляет 75 см = 0,75 метра. Заменив в формуле, получаем F avg = 0,5 · 2400 · 7,5 2 / 0,75 = 90 кН и максимальную силу удара 180 кН.(ссылка на расчет)

    Пример 2: Используя ситуацию из примера 1, но теперь, вместо того, чтобы знать глубину вмятины, нам посчастливилось зафиксировать удар на высокоскоростной камере, и мы можем измерить, что это заняло 0,2 секунды от начало до конца. Средняя сила удара тогда просто 2400 · 7,5 / 0,2 = 90 кН. Таким образом, мы видим, что это был один и тот же инцидент, описанный в разных измерениях. Просто из любопытства мы можем увеличить скорость автомобиля до 54 км / ч (15 м / с), сохранив при этом все остальное, и теперь мы получаем удвоенное усилие: 180 кН и пиковое значение 320 кН.Для этого наша машина должна деформировать колоссальные 150 см (1,5 метра) за 0,2 с.

    Пример 3: Расчет силы удара падающего объекта без учета трения воздуха. Допустим, на высоте 5 этажей или около 15,5 метров висит пианино весом 250 кг, и мы роняем его на твердый бетон. Какова сила удара, если мы измеряем, что импульс столкновения составляет около 0,2 секунды?

    Во-первых, нам нужно использовать ускорение и расстояние для расчета скорости при ударе.g составляет 9,80665 м / с 2 , а расстояние составляет 15,5 метров, поэтому скорость при ударе равна v = √ (2 · a · d) = √ (2 · 9,80665 · 15,5) = √304 = 17,44 м / с (хорошее падение 1,8 с). Подставляем во вторую формулу выше и получаем F avg = 250 · 17,44 / 0,2 = 21,8 кН и F max = 43,6 кН силы удара, действующей на объект. проверить расчет

    Тонны против тонн, Тонны против тонн

    При расчете массы тела мы выводим как тонну (метрическую тонну), так и тонну (короткую тонну).Первый используется во всех странах мира и определен международным органом по стандартизации как 1000 кг. Тонна в настоящее время используется только в Соединенных Штатах и ​​равна 2000 фунтам (2000 фунтов).

    Список литературы

    [1] Специальная публикация NIST 330 (2008 г.) — «Международная система единиц (СИ)», под редакцией Барри Н. Тейлора и Амблера Томпсона, стр. 52

    [2] «Международная система единиц» (СИ) (2006 г., 8-е изд.). Bureau International des poids et mesures pp. 142–143. ISBN 92-822-2213-6

    [3] «Impact and Drop Testing» (2018) — опубликованный самостоятельно официальный документ PCB PIEZOTRONICS, INC (www.pcb.com/Contentstore/mktgcontent/WhitePapers/WPL_5_Impact.pdf, по состоянию на 12 февраля 2019 г.)

    Оценка силы удара удерживающей стены для схода с рельсов для высокоскоростного поезда с помощью моделирования столкновения

    Аварии с поездами со смертельным исходом обычно связаны со сходом с рельсов или столкновениями. Эти происшествия со сходом с рельсов / столкновениями случаются нечасто.Однако ущерб из-за схода с рельсов может быть катастрофическим. В Корее обычно используются защитные ограждения от крушения, чтобы минимизировать такие повреждения. Однако силы удара, необходимые для проектирования защитных стен при сходе с рельсов, не были четко определены, и были проведены лишь ограниченные исследования поведения защитных стен при сходе с рельсов. В этом исследовании основное внимание уделялось анализу ударной силы стены защитной оболочки с помощью серии трехмерных моделей столкновения после схода с рельсов поезда. Моделирование методом конечных элементов было проведено для анализа динамического поведения сошедшего с рельсов поезда, который сталкивается с такой конструкцией, как защитная стена, с использованием программного обеспечения для анализа LS-DYNA.Модели FE кузовов автомобилей, рамы тележек и колесных пар были созданы таким образом, чтобы было достигнуто полное соответствие между их численными моделями и реальными автомобилями в отношении масс и основных моментов инерции масс. Кроме того, при моделировании столкновения были рассмотрены различные варианты установки защитной стены. Наконец, был предложен экономичный альтернативный метод уменьшения силы удара.

    1. Введение

    Железнодорожные аварии со смертельным исходом обычно происходят из-за схода с рельсов или столкновений.Эти происшествия со сходом с рельсов / столкновениями случаются нечасто. Однако, когда они происходят, ущерб катастрофичен. Поэтому устанавливается защитная инфраструктура, чтобы минимизировать такой ущерб. В принципе, наиболее идеальной подготовкой является предотвращение схода с рельсов. Однако также необходимо учитывать физические средства, необходимые для уменьшения / минимизации ущерба от неожиданных аварий, таких как стихийные бедствия или антропогенные катастрофы. Это концепция защиты сошедших с рельсов поездов [1, 2].

    Существуют типичные аварии, которые произошли бы, если бы сошедший с рельсов поезд столкнулся с путепроводом или окружающим зданием или два поезда врезались друг в друга, а затем упали под каркас моста [2].Основными факторами являются распространение и усиление вторичного ущерба поведением после крушения (первичное повреждение). Другими словами, если предотвратить вторичные столкновения сошедшего с рельсов поезда с окружающими зданиями, ущерб будет уменьшен или сведен к минимуму. Кроме того, если предотвратить вторичный сход с рельсов в результате столкновения поездов или падения под мостом, ущерб будет значительно уменьшен или сведен к минимуму [1, 2].

    С тех пор, как в Корее была проложена высокоскоростная железная дорога, были построены «защитные ограждения от схода с рельсов», чтобы смягчить и минимизировать ущерб от аварии, предотвращая столкновение поездов с опорами контактной сети или падение под мост, когда они сходят с рельсов в результате землетрясения, изгиба или дефекты путей / поездов на участках мостов.В настоящее время защитные ограждения от схода с рельсов спроектированы и построены единообразно на мостах, обслуживающих поезда со скоростью 200 км / ч и выше. Соответственно, проектировщики и строители представили необходимость оценки эффективности и технико-экономического обоснования с точки зрения экономики и возможности строительства.

    Исследования, связанные с столкновением сошедшего с рельсов поезда и инфраструктуры защиты, в мире невелики. В предыдущем исследовании [2] мы разработали трехмерную имитационную модель столкновения после схода поезда с рельсов.В этой статье, используя эту имитационную модель столкновения, были рассмотрены различные ситуации установки защитной стены по параметрам (расположению и высоте стены), которые влияют на силу удара и эффекты удержания защитной стены. Поэтому мы предлагаем выгодное геометрическое состояние защитной стены посредством моделирования столкновения (между сошедшим с рельсов поездом и инфраструктурой защиты) после схода поезда с рельсов. Наконец, был предложен экономичный альтернативный метод уменьшения силы удара.

    2. Анализ модели

    КЭ моделирование было проведено для анализа динамического поведения трехмерного поезда и конструкции с использованием программного обеспечения нелинейного анализа методом конечных элементов LS-DYNA [3] (версия 971). Эта модель анализа, разработанная в предыдущем исследовании [2], была проверена несколькими методами. Для численной проверки энергетического баланса до и после столкновения поезда моделирование было выполнено для сценария аварии при столкновении (т. Е. Сценария аварии лобового столкновения) железнодорожных вагонов, определенных Законом о безопасности железных дорог [4].Кроме того, было подтверждено, что типичное поведение при сходе с рельсов (проскальзывание и опрокидывание) модели поезда было правильно воспроизведено путем сравнения с теоретической моделью схода колесной пары предшествующими исследователями [5, 6]. Более того, поведение модели анализа при столкновении при столкновении сошедшего с рельсов поезда с такой конструкцией, как защитная стена, было подтверждено результатами предыдущего исследования [7].

    Модель поезда — это высокоскоростной поезд Korea Train eXpress (KTX), эксплуатируемый корейскими железными дорогами, как показано на Рисунке 1.Рельс был смоделирован с помощью профиля головки UIC 60 Rail, а стандартная колея пути была применена с шириной 1435 мм, как показано на рисунке 2. Типы путей были смоделированы с помощью бетонной плиты. В таблице 1 показаны элементы, используемые в LS-DYNA для моделирования дорожки.



    Интерфейс No. . Физическое сжатие буфера (мм) . Физическое сжатие дробящей трубы (мм) . Физическое сжатие активно-пассивного поглотителя (мм) . Полное поглощение энергии (кДж) .
    1 73 19,8 НЕТ 41.6
    2 73 36,7 Нет данных 59,1
    3 73 29,3 Нет 51,3 Нет данных 61,4
    5 73 47,8 Нет данных 71,0
    6 73 48,5 4
    7 73 300 Н / Д 337
    8 73 218,5 819
    60202 MATION_ 9010 9010 902 9010 мм 9010

    Компонент Элемент, используемый в LS-DYNA

    Направляющая и стена (бетон) SECTION_SOLID / MAT_ELASTIC
    (i) Модуль Юнга: 31000 МПа
    (ii) Коэффициент Пуассона: 0.2

    Условия контакта между поездом и путями были смоделированы с использованием трехмерных контактных элементов, таких как поверхность-поверхность и узел-поверхность, как показано на Рисунке 3 и Таблице 2. Значения коэффициента трения основаны на справочных материалах [8, 9]. Однако на самом деле измерить и определить силу трения между поездом и стеной при столкновении очень сложно, потому что оно происходит в результате удара в течение доли секунды (предположительно, близко к нулю).В исследовании Мойера, проведенном в США [10], было исследовано влияние на силу удара в отношении увеличения величины силы трения: «Этот параметр оказывает очень незначительное влияние, хотя более высокое трение барьера немного увеличивает силу удара». Поэтому коэффициенты трения между поездом и стенкой в ​​данном исследовании не учитывались.


    стат.

    Состояние контакта Коэффициент трения

    Колесо ~ рельс 994 (общая поверхность) 9 = 0,4 / F дин. = 0,3
    Колесо ~ бетонная плита (поверхность к поверхности) F стат. = 0,55 / F дин. = 0,45
    Train∼wall (поверхность к поверхности и узлы к поверхности) F стат. = 0,0 / F дин. = 0,0

    3. Параметрическое исследование для оценки воздействия защитной стены

    Параметры, влияющие на силу удара и эффекты удержания защитных стен, были выбраны в качестве местоположения и высоты стена.Геометрические условия и свойства материала пути были смоделированы на основе условий высокоскоростной железной дороги Кёнбу и высокоскоростной железной дороги Хонам (бетонный путь) в Корее, как показано на Рисунке 4 и в Таблице 3. Подробные примеры анализа показаны в таблице 4. Скорость имитационного поезда составляет 300 км / ч.


    9 (мм) 9

    Строка H (мм) h R (мм) D (мм)

    Gyeongbu HSR 975 271 1,435 2,000 (1.39 T G )
    Honam HSR 40 234 1,435 1,880 (1,31 T G 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018
    902

    Параметр Корпус D h R (мм) 998 9918 9918 9918
    Корпус 1 0.98 T G 271 Уменьшение D на основе варианта 3
    случая 2 1,31 T G модель
    Корпус 3 1,39 T G 271 Модель Gyeongbu HSR
    Корпус 4 1,60–1,90 T

    1,60–1,90 T G направляющая
    Эффект ч R Корпус 5 1.39 T G 436 Повышение h R на основе варианта 3
    Случай 6 0,98 T

    0,98 T

    G h R на основе варианта 1

    Case 7 0,98 T G 106 Уменьшение h 908 на основе случая

    Если не рассматривать рельсы как условие схода поезда с рельсов, поезд предполагается как состав, уже сошедший с рельсов, и только ожидаемые угол падения и скорость анализируются как переменные.Таким образом, поведение после крушения становится постоянным. Это исследование воспроизвело падение колес с рельса, чтобы максимально точно воспроизвести фактический сход с рельсов. Таким образом, поведение поезда после схода с рельсов претерпело множество изменений, поскольку точки падения колес были изменены из-за столкновения колес с рельсами (рис. 5). Поведение при сходе с рельсов было воспроизведено в условиях проскальзывания и опрокидывания за счет подъема колес (рис. 6).



    Как только колеса передней и задней тележки падают с головки рельса, вагон отклоняется от стены и вращается вокруг вертикальной оси задней тележки, как показано на рисунке 7.В это время угол между продольной осью вагона и центром пути называется «углом схода с рельсов», как показано на рисунке 7. Для удобства анализа было принято определенное начальное значение угла схода с рельсов. Исходные углы схода с рельсов предполагались от 0,3 до 0,4 ° с учетом поверхности рельса. (Если начальный угол схода с рельсов меньше 0,3 °, сход с рельсов не происходит должным образом из-за гребня колеса. Кроме того, если угол больше 0,4 °, он упадет прямо на поверхность гусеницы без столкновения колес и рельсов.) Вертор начальной скорости (300 км / ч) центра масс первого вагона остается параллельным осевой линии пути.


    3.1. Влияние разделительного расстояния от центра пути
    3.1.1. D = 1,400 мм (0,98 T
    G )

    В случае 1 (эффект расстояния 1) минимизировано разделительное расстояние ( D ) защитной стены от центра пути за счет помещения стены ближе к бетонному слою пути (TCL ), как показано на рисунке 8. В случае поведения 1 сход с рельсов и столкновения, как показано на рисунке 9 (a), букса сталкивается с защитной стенкой после падения колес на бетонную поверхность (TCL).Тогда первая сила удара составляет 160 кН, но последующие силы удара увеличиваются из-за повторяющихся ударов букс между рельсом и стеной. В случае поведения 2 при сходе с рельсов и столкновении, показанном на фиг. 9 (b), букса сталкивается с защитной стенкой перед падением колес на бетонную поверхность. Затем вычисляется сила удара, равная 579 кН, и сошедший с рельсов поезд отскакивает к внутреннему рельсовому пути. В обоих случаях, если защитная стена не разрушена в результате столкновения, горизонтальное отклонение сошедшего с рельсов поезда сохраняется в пределах предполагаемой области (области пути) после столкновения.


    3.1.2. D = 1880 мм (1,31 T
    G )

    В случае 2 эффекта расстояния 2 разделительное расстояние ( D ) защитной стены от центра пути устанавливается от 1,0 T G до 1.5 T G : состояние Honam HSR (Рисунок 10). В этом случае сила удара значительно превышает эффект расстояния 1. В этом случае сила удара, действующая на стенку защитной оболочки, рассчитывается как диапазон примерно от 1500 до 3900 кН в соответствии с условиями столкновения, которые значительно меняются из-за условий схода с рельсов. (столкновение колес с рельсами).Как показано на Рисунке 11, если защитная стена не разрушена в результате столкновения, горизонтальное отклонение сошедшего с рельсов поезда сохраняется в пределах предполагаемой зоны (области пути) после столкновения.



    3.1.3. D = 2000 мм (1,39 T
    G )

    В случае 3 эффекта расстояния 3, разделительное расстояние ( D ) защитной стены от центра пути устанавливается от 1,0 T G до 1.5 T G : состояние ВСМ Кёнбу (рис. 12).В этом случае сила удара также больше, чем эффект расстояния 1, как эффект расстояния 2. В этом случае сила удара, действующая на защитную стенку, вычисляется для диапазона примерно от 600 до 4000 кН в соответствии с условиями столкновения. Как показано на Рисунке 13, если защитная стена не разрушена в результате столкновения, горизонтальное отклонение сошедшего с рельсов поезда сохраняется в пределах предполагаемой зоны (области пути) после столкновения.



    3.1.4. D = более 2300 мм (1.60–1,90 T
    G )

    Случай 4 (эффект расстояния 4) достаточно увеличил разделительное расстояние ( D ) до тех пор, пока внутренние колеса сошедшего с рельсов поезда не смогут управляться путем движения рельса перед внешним (направление схода с рельсов) колеса сталкиваются с защитной стенкой (Рисунок 14).


    Концепция этого случая основана на концепциях сдерживания схода с рельсов в Великобритании [11, 12] и Германии [13], согласно которым основное ударное повреждение ограничивается движущимся рельсом, а затем стена вторично содержит горизонтальное отклонение до уменьшенная сила.Следовательно, горизонтальные ударные силы защитной стены могут быть выгодными с точки зрения конструкции защитной стены.

    Расстояние разделения ( D ) от центра пути должно быть более 1,60 T G , чтобы колесо не касалось защитной стены, и более 1,88 T G для того, чтобы букс не касался защитной стены (Рисунок 14). Размеры колеса и буксы такие же, как у поезда KTX, а ширина колеи ( T G ) составляет 1435 мм (стандартная колея).

    В случае схода с рельсов и столкновения 1, как показано на рисунке 15 (а), первое колесо вертикально подпрыгивает после столкновения с рельсом, а затем 5-е и 6-е колеса последующих прицепов (моторизованная тележка) также последовательно управляются рельс. В случае поведения 2 схода с рельсов и столкновения, как показано на рисунке 15 (b), первое колесо вертикально отрывается от земли из-за сильного защелкивания без контакта с рельсом. Следовательно, сошедший с рельсов поезд имеет возможность столкнуться с кабелями / опорами контактной сети или упасть под мост из-за невозможности защиты с помощью бегущего рельса.Следовательно, в этом случае необходима защитная стенка типа конструкции наружного борта. Кроме того, этот случай показывает, что идеально защитить сошедший с рельсов поезд во всех ситуациях / условиях схода с рельсов невозможно.

    3.2. Влияние высоты над поверхностью рельса
    3.2.1. h
    R = 436 мм / D = 2000 мм (1,39 T G )

    Корпус 5 (эффект высоты 1) увеличил высоту защитной стены ( h R ) до всей площади буксы может касаться защитной стенки (Рисунок 16).В этом случае поведение при столкновении является согласованным, без изменения поведения при столкновении (разрыв силы удара из-за отклонения площади контакта) в соответствии с условиями схода с рельсов. И эффект сдерживания сошедшего с рельсов поезда превосходен, как показано на Рисунке 17. Однако максимальная сила удара, действующая на защитную стену, является наибольшей: 4 064 кН.


    3.2.2. h
    R = 436 мм / D = 1400 мм (0,98 T G )

    Вариант 6 (эффект высоты 2) минимизировал расстояние ( D ) защитной стены от центра рельсового пути за счет установки стены ближе к TCL и увеличил высоту защитной стены ( h R ) до тех пор, пока вся площадь буксы не может касаться защитной стены (Рисунок 18).В этом случае поведение при столкновении будет согласованным без изменения поведения при столкновении в соответствии с условиями схода с рельсов. И эффект сдерживания сошедшего с рельсов поезда превосходен, как показано на рисунке 19. Кроме того, сила удара (1168 кН) значительно меньше, чем эффект высоты 1 (4064 кН) из-за уменьшения силы инерции из-за уменьшения расстояния поперечного поведения сошедший с рельсов поезд. Однако последующие силы удара, вероятно, увеличатся из-за повторяющихся ударов буксы между рельсом и стеной.



    3.2.3. h
    R = 106 мм / D = 1400 мм (0,98 T G )

    Вариант 7 (эффект высоты 3) минимизирует разделительное расстояние ( D ) защитной стены от центра направляющей за счет приближения стены к TCL и уменьшил высоту защитной стены ( h R ) до тех пор, пока ось не будет сталкиваться с защитной стенкой, но колесо может касаться защитной стены (Рисунок 20).В этом случае сила удара (от 500 до 850 кН) намного меньше, чем в случае эффекта высоты 1 (4064 кН). Кроме того, повторяющееся столкновение между рельсом и стенкой менее вероятно по сравнению с эффектом высоты 2. Как показано на рисунках 21 и 22, поведение при столкновении из-за разницы в площади контакта может варьироваться в зависимости от условий схода с рельсов, но сила удара (от 500 до 850 кН) меньше, чем эффект высоты 2 (1168 кН) и эффект расстояния 1 (160-1500 кН). Кроме того, этот случай имеет преимущество в экономической эффективности, поскольку высота стены уменьшена, но также имеет недостаток, связанный с трудностью технического обслуживания для проверки трещин на стороне TCL.



    3.3. Альтернативный метод: изолирующая стена внутри колеи

    Бетонный путь с эффектом сдерживания сошедшего с рельсов поезда был смоделирован, как показано на рисунке 23, на основе проекта HSL-Zuid [14], в котором используется бетонный цоколь (500 × 170 мм) это тип конструкции в пределах ширины колеи. Горизонтальное отклонение сошедшего с рельсов поезда можно предотвратить от схода с рельсов как внутри, так и снаружи моста.


    Ударная сила, приложенная к защитной стене (или блоку), была рассчитана для диапазона примерно от 100 до 250 кН в зависимости от разницы площади контакта между поездом и стеной в соответствии с условиями столкновения (Рисунок 24), и эффект сдерживания сошедшего с рельсов поезда достаточен, несмотря на явление прыжка.Эта защитная стена (или блок) имеет преимущество с точки зрения экономической и долговечной эффективности за счет снижения ударной силы (примерно на 93% в худшем случае) по сравнению с защитной стеной (рис. 17), которая представляет собой рельсовый путь с внешней стороны конструкции. Однако для того, чтобы установить бетонный цоколь над бетонным полотном, необходимо разработать новый бетонный путь с учетом сопряжения с дорогой, электричества, сигнала и т. Д.

    3.4. Сводка результатов анализа

    В этом разделе суммируются результаты параметрического анализа для оценки воздействия защитной стены, как показано в таблице 5.

    902 902 160178

    902


    Параметр Корпус Ударная сила (кН) Примечание

    Влияние корпуса Эффект уменьшения расстояния
    Вариант 2 и 3 600–4,000 Неопределенное расстояние
    Случай 4 Пониженное значение Управляемый эффект через направляющую
    Эффект Корпус 5 3,200–4,100 Увеличение высоты / неопределенное расстояние
    Корпус 6 1,168 Увеличение высоты / уменьшение расстояния
    Корпус 7 0 500–20850 расстояние
    Альтернативный метод Случай 8 100–250 Внутри колеи

    (1) Расстояние разделения меньше ширины колеи ( D = меньше 1.0 T G ) (a) Столкновение с защитной стенкой из-за небольшой силы инерции (b) Ударные силы: 160–1 500 кН (2) Неопределенное разделительное расстояние больше, чем ширина колеи ( D = 1,3–1,4 T G ) (a) Столкновение с защитной стенкой из-за большой силы инерции (b) Ударные силы: 600–4000 кН (3) Достаточное разделительное расстояние ( D = более 1,6 T G ) (a) Уменьшенная сила действует на защитную стену после первичного направления со стороны ходового рельса (b) Разумный уровень силы может быть применен как горизонтальная расчетная нагрузка на защитную стену

    Как результаты анализа влияния расстояния , мы представляем оптимальное разделительное расстояние следующим образом: (1) разделительное расстояние меньше ширины колеи или (2) достаточное разделительное расстояние.(1) Высота больше секции буксы ( h R = более 440 мм) (a) Вся площадь буксы сталкивается с защитной стенкой (b) Эффект сдерживания сошедшего с рельсов поезда отлично, но величина максимальной ударной силы невыгодна (c) Ударная сила: 1000–4100 кН (2) Высота меньше секции буксы ( h R = менее 100 мм) (a) Колесо сталкивается с защитной стенкой (b) Эффект сдерживания сошедшего с рельсов поезда достаточен, а величина максимальной ударной силы является благоприятной (c) Ударные силы: 500–850 кН

    По результатам анализа высоты и разделения Влияние расстояния, мы представляем оптимальную высоту и разделительное расстояние следующим образом: (1) разделительное расстояние меньше ширины колеи и высота меньше буксы (уровень колес) или (2) достаточное разделительное расстояние и высота меньше буксы (уровень колес) .(1) Защитная стенка или блок (уровень колеса) в пределах колеи (a) Столкновение с защитной стенкой из-за очень малой силы инерции (b) Ударные силы: 100–300 кН

    По результатам анализа защитной стены (или блок) в пределах ширины колеи, мы представляем альтернативное условие. Это состояние имеет преимущество в экономической и долговечной эффективности за счет уменьшения силы удара по сравнению с типом внешней боковой стенки.

    4. Выводы

    В этой статье было выполнено моделирование столкновения между сошедшим с рельсов поездом и конструкцией для оценки силы удара и удерживающего эффекта защитных стен, которые могут быть установлены для минимизации ущерба от схода с рельсов, и экономичного альтернативного метода для уменьшения силы удара было предложено.Были сделаны следующие выводы: (1) По мере приближения разделительного расстояния защитных стен к центру пути диапазон поведения сошедшего с рельсов поезда сужается. Следовательно, боковая сила инерции уменьшается, тем самым уменьшая силу удара о стену. Однако сила удара ограждающей стены может увеличиваться из-за повторяющихся столкновений между стеной и рельсом. (2) Эффект сдерживания может быть обеспечен на низких стенах, где колеса сошедшего поезда могут столкнуться со стенами (чтобы не вызвать столкновение букс наезд на стену).Кроме того, этот случай имеет преимущество с точки зрения экономической эффективности, поскольку высота стены уменьшается, но также имеет недостаток, связанный с трудностью технического обслуживания для проверки трещин на стороне слоя бетона пути. (3) Защитная стена (или блок ) в пределах ширины колеи имеет преимущество в экономической и долговечной эффективности за счет уменьшения силы бокового удара по сравнению с защитной стенкой, которая является типом конструкции рельсового пути с внешней стороны. Более того, горизонтальное отклонение сошедшего с рельсов поезда может быть предотвращено от схода с рельсов как внутри, так и снаружи моста.(4) Для обеспечения эффекта сдерживания (сошедшие с рельсов поезда помещаются в намеченную зону сдерживания), ограничивающая стена должна быть прочно сконструирована, чтобы противостоять силе удара из-за возможности того, что последующие прицепы сошедшего поезда будут постоянно сталкиваться с стена.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Благодарности

    Это исследование было поддержано грантом (17RTRP-B122273-02) Программы исследований железнодорожных технологий, финансируемой Министерством земли, инфраструктуры и транспорта правительства Кореи.

    Кривая сила-скорость — наука для спорта

    Скорость-сила

    Подобно силе-скорости, эта зона не обеспечивает пиковую мощность или пиковую скорость, поэтому она находится в «промежуточном положении» между максимальной скоростью. и пиковая мощность. Ожидается, что пиковая сила здесь будет даже ниже по сравнению с силой-скоростью из-за большего ограничения доступного времени; однако скорости движения будут выше. Поскольку в этой зоне используются относительно высокие скорости (30-60% от 1ПМ), это больше склоняется к скорости, а не к силе — отсюда и «скорость»-сила.

    Примеры упражнений включают: Плиометрические упражнения с медленной растяжкой и укорачиванием, такие как прыжки с обратным движением и прыжки с барьерами на одной ноге. Приседания с прыжками с легкой нагрузкой (30-60% от 1ПМ).

    Максимальная скорость

    Максимальная скорость — это просто максимальная скорость движения или скорость сокращения мышц, которую спортсмен может произвести с помощью определенного движения. Например, 100-метровый спринт может представлять максимальную скорость движения, которую может развить спортсмен во время этого конкретного упражнения.В то же время спринт с поддержкой, иначе известный как «сверхмаксимальный спринт», может обеспечивать скорость движения ≥ 100%. Таким образом, эта тренировочная зона обычно классифицируется с использованием интенсивности приблизительно

    Примеры упражнений включают в себя: Плиометрические упражнения на быстрое растяжение-сокращение, такие как прыжки, скачки, спринт и спринт с поддержкой.

    Эти различные тренировочные зоны представляют собой всего лишь ориентиры для различной интенсивности, и ими можно управлять, чтобы спортсмен мог держать руку на пульсе.Они были разработаны специалистами по упражнениям в образовательных целях, чтобы продемонстрировать влияние различных упражнений и интенсивности на спортивные результаты. Однако каждая тренировочная зона или участок кривой «сила-скорость» будет обеспечивать различную физиологическую адаптацию и, следовательно, может иметь свои преимущества для спортсмена. Например, если спортсмен очень силен (т.е. имеет высокий 1ПМ), но плохо выполняет тесты на скорость (например, тест на спринт на 20 м), то время, проведенное в зонах максимальной скорости и скорости-силы, может быть очень полезным для спортсмена. .

    Как работают зоны деформации | HowStuffWorks

    Даже если вы не являетесь поклонником автогонок, вы, вероятно, видели изображения впечатляющих аварий, в которых автомобили падают на трассу, разбрасывая детали во всех направлениях, поскольку автомобиль буквально разрушен. Тем не менее, каким-то чудом водитель вылезает из обломков и уходит невредимым. Хотя эти аварии выглядят ужасающе, на все эти впечатляющие разрушения тратится кинетическая энергия. Вероятно, это не увлекательная поездка для водителя, но автомобиль делает именно то, для чего он был разработан в этой ситуации — защищает человека, сидящего на водительском сиденье.

    Также были редкие случаи, когда гоночный автомобиль врезался в твердый объект на высокой скорости, например, водитель NASCAR Майкл Уолтрип в Бристоле в 1990 году. Он врезался в тупой конец бетонной стены на гоночной скорости, и автомобиль остановился. очень внезапно. Удар создал огромную силу, но Уолтрип не пострадал. Причина очевидна, если посмотреть на останки его машины в тот день. Он был полностью разрушен. Все силы были потрачены на уничтожение машины. Ясно, что инцидент вышел далеко за пределы возможностей любой зоны смятия, и на самом деле это было просто удачей, что ничто не вторглось в кабину водителя, чтобы повредить Уолтрипу.Перераспределение сил спасло ему жизнь.

    Однако есть неудачный контрапункт этой концепции. С 1980-х до начала 2000-х годов в гонках было много смертельных случаев из-за чрезмерно жесткой ходовой части. Вероятно, наиболее широко известным инцидентом является смерть Дейла Эрнхардта-старшего в 2001 году на Daytona 500. Крушение изначально не выглядело серьезным, и автомобиль не получил серьезных повреждений; однако проблема была именно в этом. Большая часть силы удара была передана непосредственно водителю, что привело к немедленным и тяжелым травмам.Смертельной травмой стал перелом основания черепа, повреждение области соединения черепа и спинного мозга. Эта травма является причиной смерти во многих дорожно-транспортных происшествиях на автогонках, и она возникает, когда голова резко отскакивает вперед при ударе, а тело удерживается ремнями безопасности. В то время как удерживающие устройства для головы и шеи снизили частоту переломов базилярного черепа, уменьшение силы удара, действующей на водителя, также сыграло важную роль.

    Несколько других хорошо известных водителей были убиты в этот период, а также менее известные водители в классах модифицированных и поздних моделей NASCAR, участвовавших в гонках на треках по всей территории Соединенных Штатов.Причина увеличения количества аварий со смертельным исходом заключалась просто в стремлении к более высокой производительности. Конструкторы и экипажи автомобилей стремились улучшить управляемость, создав более жесткое шасси. Это включало добавление компонентов к раме, использование прямых направляющих рамы и переход на стальные трубы с более толстыми стенками. Конечно, они сделали шасси более жестким, но когда эти негибкие автомобили врезались в стену, они не отступили. Никакая сила не была поглощена автомобилем — водитель принял на себя большую часть удара.

    Еще до смерти Эрнхардта в 2001 году гоночные трассы пытались найти решение этой проблемы.Следы на северо-востоке Соединенных Штатов экспериментировали с гигантскими блоками промышленного пенополистирола, выстилающими стены, аналогично технологии мягких стен, используемой сегодня на многих суперскоростных трассах. Что еще более важно, машины были изменены. Теперь на некоторых частях шасси используются стальные трубы более тонкого сечения, а рельсы рамы имеют изгиб или выемку, поэтому они несколько предсказуемо деформируются при ударе.

    Ответить

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *