SIMULIA Simpack软件提升铁路货运的安全性与可靠性

在传统物理测试和数学方法下，管理铁路货车在长距离上的安全性和可靠性具有挑战性，尤其是在货运量、列车长度和速度增加的情况下。机械故障和轨道相关事故增加了风险，而铁路货运运营商还必须遵守严格的安全法规和可持续发展标准。当前的测试方法成本高昂、劳动密集，且缺乏先进工业仿真软件（如铁路行业市场领导者SIMULIA Simpack）的精确性和复杂性。本文介绍了SIMULIA在其产品组合中提供的解决问题解决方案。

利用SIMULIA Simpack高级仿真优化铁路行业安全

如果你能模拟现实世界的状况，比如火车经过道岔或侧风的影响呢？达索系统（Dassault Systèmes）的SIMULIA Simpack利用虚拟孪生技术和数据驱动仿真，使工程师能够进行多车体仿真（MBS）分析，涵盖脱轨预防、轨道轮磨损分析、舒适度评估和临界速度分析。这种基于仿真的方法使工程师能够解决关键运营问题，提升铁路货运的安全性和可靠性——所有这些都在实际应用之前完成。Simpack 模型是完整的铁路车辆系统，集成了轮轨接触、悬挂部件、转向架结构和轨道变形。

通过Simpack Rail，铁路运营商可以：

• 分析铁路车辆动力学以预测非线性行为

• 优化悬挂与轮轨相互作用，提升安全性并降低维护成本

• 模拟极端环境，防止铁路系统发生严重事故

列车模拟是如何工作的？

预计到2050年，铁路货运量将达到每日13,800列火车，运营商面临在竞争激烈环境中可持续运营的紧迫需求。先进的仿真技术为未来安全、可靠且高效的铁路运营提供了实时洞察。阅读我们的白皮书，了解当今铁路运营如何满足未来需求，并通过模拟驱动测试了解更多高精度解决方案：

高精度解决方案与仿真驱动测试

铁路运营的颠覆者是将铁路货运空气动力学和车辆动力学仿真结合到一个3DEXPERIENCE®平台中。这得益于诸如SIMULIA Simpack Rail模块（用于多体系统模拟的轨道引导系统）和PowerFLOW（用于空气动力学流体仿真）等解决方案，这些方案超越传统测试方法，提供数字三维模型，揭示最复杂的作挑战。

SIMULIA Simpack 为铁路货运安全贡献的五种方式

1、通过曲线超车分析实现脱轨预防

降低脱轨风险，尤其是在以不同速度通过弯道时，对列车安全至关重要。常见原因包括过大的横向力、不平衡的载荷和履带对齐不当。例如，悬挂过硬的货车在不平整的轨道或急弯上特别容易出轨。

SIMULIA Simpack 使工程师能够利用系统的质量属性、悬挂特性、轮轨轮廓以及轨道几何形状作为输入，进行曲线-通道分析。分析师可以生成实验设计（DOE）序列，以测试不同车辆在曲线上的配置。这种协作分析使铁路运营商能够在真实条件下模拟脱轨情景。因此，可以评估列车在不同配置和轨道类型的稳定性。

重点：Simpack 求解器计算脱轨系数和车轮抬起作为输出，以确定脱轨可能发生的速度阈值。工程师随后可以优化车辆设计和运行速度，以降低脱轨风险。此外，通过识别导致脱轨风险的因素，工程师可以优化设计和维护策略，确保符合如EN 14363等标准。

2、车轮-轨道相互作用与磨损分析

轮轮磨损直接影响维护成本和铁路安全。通过SIMULIA Simpack，工程师可以通过考虑各种钢轨和轮毂轮廓及车辆参数来估算磨损，从而制定最优设计，延长使用寿命并降低维护成本。操作员还可以评估不同负载条件下的磨损和积累程度。如果分析工具发现轮子局部严重磨损，说明需要调整并优化履带-轮的相互作用。

3、结构疲劳寿命评估

铁路车辆部件会持续承受负载，随着时间推移会导致疲劳相关的故障。Simpack集成疲劳分析工具，使工程师能够进行生命损伤分析、应力积累估算，并预测联挂器系统和转向架部件的剩余寿命。列车模拟突出联挂器部件的关键失效点，促使改进材料选择和应力分布策略。预测性维护以应力分析数据为指导，帮助工程师在故障发生前采取纠正措施，从而提升铁路安全和长期可靠性。仿真模型中的虚拟应力跟踪减少了不可预见的故障和维护停机时间。

4、制动系统优化

紧急制动是货运列车的重要安全措施，尤其是在应对突发障碍或信号失效时。然而，由于长货运列车的质量和动量，紧急制动的动力学较为复杂，可能导致联挂器故障或制动距离延长。

SIMULIA Simpack 支持对下坡速度控制和紧急制动的详细模拟，考虑车轮与轨道的相互作用、制动力分布和列车组成。良好的制动性能对安全和运营效率都至关重要。你知道不同的制动系统（比如碟刹和再生制动）可以通过比较来确定最优的制动策略，从而最大限度地减少制动距离和车轮损伤吗？多体仿真将制动力以时间相关激励的形式或控制系统（如防抱死制动系统（ABS）输出）纳入，以评估安全性和效率。情景模型可以预测车辆上的动态制动力分布，防止联挂器产生过大压缩力，并帮助确定最佳列车组布局。

5、虚拟认证

传统上，铁路车辆会经过严格的物理测试以满足认证要求。虚拟认证由 SIMULIA Simpack 等 MBS 工具驱动，彻底革新了这一流程，使大量测试能够虚拟进行。这种方法降低成本，加快认证进程，并使工程师能够在设计阶段早期解决潜在问题。通过遵循EN 14363和EN 15839等标准，虚拟认证确保合规，同时简化认证流程。它还提升了安全性和性能，使其成为现代铁路货运运营中不可或缺的工具。

SIMULIA Simpack MBS 软件如何为铁路运营商带来价值

使用SIMULIA Simpack进行铁路货运车辆动力学仿真，通过解决脱轨风险、优化紧急制动系统并确保安全限速，优化铁路系统性能。这些先进的工作流程提升了安全性、可靠性和效率，使铁路网络更具韧性。这些动态仿真，加上减少物理试验次数，能够通过实现预测性维护，进一步降低操作员成本，从而实现数百万美元的维修和停机时间的节省。

结合虚拟认证，它们代表了一种积极的铁路安全策略，确保遵守严格的监管标准，同时降低成本并提升运营性能。

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