在傳統物理測試和數學方法下，管理鐵路貨車在長距離上的安全性和可靠性具有挑戰性，尤其是在貨運量、列車長度和速度增加的情況下。機械故障和軌道相關事故增加了風險，而鐵路貨運運營商還必須遵守嚴格的安全法規和可持續發展標準。當前的測試方法成本高昂、勞動密集，且缺乏先進工業仿真軟件（如鐵路行業市場領導者SIMULIA Simpack）的精確性和復雜性。本文介紹了SIMULIA在其產品組合中提供的解決問題解決方案。

利用SIMULIA Simpack高級仿真優化鐵路行業安全

如果你能模擬現實世界的狀況，比如火車經過道岔或側風的影響呢？達索系統（Dassault Systèmes）的SIMULIA Simpack利用虛擬孿生技術和數據驅動仿真，使工程師能夠進行多車體仿真（MBS）分析，涵蓋脫軌預防、軌道輪磨損分析、舒適度評估和臨界速度分析。這種基于仿真的方法使工程師能夠解決關鍵運營問題，提升鐵路貨運的安全性和可靠性——所有這些都在實際應用之前完成。Simpack 模型是完整的鐵路車輛系統，集成了輪軌接觸、懸掛部件、轉向架結構和軌道變形。

通過Simpack Rail，鐵路運營商可以：

? 分析鐵路車輛動力學以預測非線性行為

? 優化懸掛與輪軌相互作用，提升安全性并降低維護成本

? 模擬極端環境，防止鐵路系統發生嚴重事故

列車模擬是如何工作的？

預計到2050年，鐵路貨運量將達到每日13,800列火車，運營商面臨在競爭激烈環境中可持續運營的緊迫需求。先進的仿真技術為未來安全、可靠且高效的鐵路運營提供了實時洞察。閱讀我們的白皮書，了解當今鐵路運營如何滿足未來需求，并通過模擬驅動測試了解更多高精度解決方案：

高精度解決方案與仿真驅動測試

鐵路運營的顛覆者是將鐵路貨運空氣動力學和車輛動力學仿真結合到一個3DEXPERIENCE?平臺中。這得益于諸如SIMULIA Simpack Rail模塊（用于多體系統模擬的軌道引導系統）和PowerFLOW（用于空氣動力學流體仿真）等解決方案，這些方案超越傳統測試方法，提供數字三維模型，揭示最復雜的作挑戰。

SIMULIA Simpack 為鐵路貨運安全貢獻的五種方式

1、通過曲線超車分析實現脫軌預防

降低脫軌風險，尤其是在以不同速度通過彎道時，對列車安全至關重要。常見原因包括過大的橫向力、不平衡的載荷和履帶對齊不當。例如，懸掛過硬的貨車在不平整的軌道或急彎上特別容易出軌。

SIMULIA Simpack 使工程師能夠利用系統的質量屬性、懸掛特性、輪軌輪廓以及軌道幾何形狀作為輸入，進行曲線-通道分析。分析師可以生成實驗設計（DOE）序列，以測試不同車輛在曲線上的配置。這種協作分析使鐵路運營商能夠在真實條件下模擬脫軌情景。因此，可以評估列車在不同配置和軌道類型的穩定性。

重點：Simpack 求解器計算脫軌系數和車輪抬起作為輸出，以確定脫軌可能發生的速度閾值。工程師隨后可以優化車輛設計和運行速度，以降低脫軌風險。此外，通過識別導致脫軌風險的因素，工程師可以優化設計和維護策略，確保符合如EN 14363等標準。

2、車輪-軌道相互作用與磨損分析

輪輪磨損直接影響維護成本和鐵路安全。通過SIMULIA Simpack，工程師可以通過考慮各種鋼軌和輪轂輪廓及車輛參數來估算磨損，從而制定最優設計，延長使用壽命并降低維護成本。操作員還可以評估不同負載條件下的磨損和積累程度。如果分析工具發現輪子局部嚴重磨損，說明需要調整并優化履帶-輪的相互作用。

3、結構疲勞壽命評估

鐵路車輛部件會持續承受負載，隨著時間推移會導致疲勞相關的故障。Simpack集成疲勞分析工具，使工程師能夠進行生命損傷分析、應力積累估算，并預測聯掛器系統和轉向架部件的剩余壽命。列車模擬突出聯掛器部件的關鍵失效點，促使改進材料選擇和應力分布策略。預測性維護以應力分析數據為指導，幫助工程師在故障發生前采取糾正措施，從而提升鐵路安全和長期可靠性。仿真模型中的虛擬應力跟蹤減少了不可預見的故障和維護停機時間。

4、制動系統優化

緊急制動是貨運列車的重要安全措施，尤其是在應對突發障礙或信號失效時。然而，由于長貨運列車的質量和動量，緊急制動的動力學較為復雜，可能導致聯掛器故障或制動距離延長。

SIMULIA Simpack 支持對下坡速度控制和緊急制動的詳細模擬，考慮車輪與軌道的相互作用、制動力分布和列車組成。良好的制動性能對安全和運營效率都至關重要。你知道不同的制動系統（比如碟剎和再生制動）可以通過比較來確定最優的制動策略，從而最大限度地減少制動距離和車輪損傷嗎？多體仿真將制動力以時間相關激勵的形式或控制系統（如防抱死制動系統（ABS）輸出）納入，以評估安全性和效率。情景模型可以預測車輛上的動態制動力分布，防止聯掛器產生過大壓縮力，并幫助確定最佳列車組布局。

5、虛擬認證

傳統上，鐵路車輛會經過嚴格的物理測試以滿足認證要求。虛擬認證由 SIMULIA Simpack 等 MBS 工具驅動，徹底革新了這一流程，使大量測試能夠虛擬進行。這種方法降低成本，加快認證進程，并使工程師能夠在設計階段早期解決潛在問題。通過遵循EN 14363和EN 15839等標準，虛擬認證確保合規，同時簡化認證流程。它還提升了安全性和性能，使其成為現代鐵路貨運運營中不可或缺的工具。

SIMULIA Simpack MBS 軟件如何為鐵路運營商帶來價值

使用SIMULIA Simpack進行鐵路貨運車輛動力學仿真，通過解決脫軌風險、優化緊急制動系統并確保安全限速，優化鐵路系統性能。這些先進的工作流程提升了安全性、可靠性和效率，使鐵路網絡更具韌性。這些動態仿真，加上減少物理試驗次數，能夠通過實現預測性維護，進一步降低操作員成本，從而實現數百萬美元的維修和停機時間的節省。

結合虛擬認證，它們代表了一種積極的鐵路安全策略，確保遵守嚴格的監管標準，同時降低成本并提升運營性能。

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