SIMULIA Simpack：虚拟孪生技术提高铁路货运的安全性和可靠性

机械、环境和作因素的复杂相互作用使得使用传统的手动和数学系统和方法难以管理长距离铁路货车的安全性和可靠性。增加的货运量、更长的火车和更高的速度进一步放大了这些风险。

机械故障和轨道相关事故会造成重大危险，导致脱轨和运营延误。可靠的铁路运营对于最大限度地减少停机时间和维护成本，同时优化燃料和能源使用至关重要。同时，铁路运营商必须遵守全球铁路当局实施的严格安全法规和可持续性标准。

目前的物理测试和验证方法劳动密集型且成本高昂。手动数学计算通常缺乏复杂仿真所需的精度。此外，工程团队开发的内部工具很少能与专业工业仿真软件的复杂程度相媲美。

SIMULIA Simpack：优化铁路货运性能以确保安全

达索系统的 SIMULIA Simpack 在 3DEXPERIENCE 平台上使用虚拟孪生技术和数据驱动型仿真，以提高铁路货运的安全性、可靠性和效率。Simpack 帮助工程师进行多体系统仿真 （MBS），涵盖脱轨预防、车轮磨损分析、结构疲劳评估和制动优化。通过利用先进的仿真技术，铁路运营商可以创建更具可持续性和弹性的铁路运营系统。

Simpack 基于仿真的方法可帮助工程师在实际实施之前分析和改进关键的作方面。

Simpack 对完整的轨道车辆系统进行建模，包括轮轨接触、悬架动力学、转向架性能和外部环境因素之间的相互作用。

借助 Simpack，铁路运营商可以：

• 分析轨道车辆动力学以预测运营行为。

• 优化悬架和轮轨交互，以减少磨损并提高效率。

• 模拟和管理极端条件，以增强铁路系统的弹性。

SIMULIA Simpack 影响铁路货运安全的五种方式

1. 通过翻车分析

防止脱轨防止脱轨，尤其是在以不同速度纵弯道时，对于列车的稳定性至关重要。Simpack 使工程师能够使用 CAD 几何结构、火车模型、转向架激励和轨道几何结构作为输入进行翻滚分析。分析师可以生成实验设计 （DOE） 序列，以测试在曲线中导航的不同多式联运汽车配置。

Simpack 求解器使用各种脱轨系数和车轮抬高对齐运行仿真，以确定可能发生脱轨的速度阈值。然后，工程师可以优化列车布置、制动机构和重量分配以降低风险。

3DEXPERIENCE 平台和虚拟孪生技术使运营商能够在潜在危险出现之前预见并解决它们，从而确保安全、不间断的铁路运营。

此外，3DEXPERIENCE 平台上的虚拟认证测试（符合欧洲标准 EN 14363）模拟脱轨风险，以确保符合国际安全准则。模拟可以揭示平衡不当的多式联运车厢是否表现出更高的脱轨可能性，从而促使对装载协议进行必要的调整。

2. 轮轨相互作用和磨损分析

车轮磨损直接影响维护成本和轨道安全。使用 Simpack，工程师可以仿真各种轨道轮廓和车轮几何形状，以开发可延长使用寿命并减少维护需求的最佳设计。

作员还可以评估不同负载条件下的磨损率和损坏累积。如果磨损分析显示磨损模式存在显著变化，则表明需要优化轨道和车轮的相互作用。

通过集成火车几何和货运模型，工程师可以设计新的车轮轮廓并将其整合到货运仿真中。Simpack 允许用户对轨道和速度条件进行建模，以计算耦合器间的力，并根据 EN 15839 分析力限值以确保安全。货运车辆动力学仿真可改进列车配置，以最大限度地减少轨道磨损和滚动阻力。

先进的计算模型将车轮磨损与疲劳分析相结合，从而提高故障预测和长期安全性。

3. 结构疲劳以及寿命和损坏评估

轨道车辆部件会承受持续的负载和动态应力，随着时间的推移，会导致与疲劳相关的故障。Simpack 与故障安全求解器集成，使工程师能够进行寿命损伤分析，估计应力累积并预测耦合器间系统和转向架结构的剩余寿命。

仿真突出显示了耦合器间组件中的关键故障点，从而需要改进材料选择和应力分布策略。在应力分析数据指导下的预测性维护可帮助工程师在故障发生之前采取纠正措施，从而提高铁路安全性和长期可靠性。CAD 模型中的实时应力跟踪可减少意外故障和维护停机时间。

4. 制动系统优化

高效的制动对于安全性和作效率都至关重要。Simpack s模拟各种制动条件，包括紧急停止和下坡，以分析制动性能。它评估不同的制动系统（例如盘式制动器和再生制动），以确定最佳制动策略，以最大限度地减少磨损并缩短响应时间。

仿真将制动力作为激励应用于训练模型，以评估安全性和效率。紧急制动分析确保符合 EN 15839 安全标准，防止可能导致折刀事故的过大纵向力。场景模型可以集成动态制动力分布，从而减少突然的减速效应和制动系统的磨损。

实际应用：成功案例

几家领先的铁路运营商和制造商已经成功实施了 Simpack 以提高安全性和可靠性：

• 欧洲铁路货运运营商：Simpack 帮助分析高速条件下的转向架性能，从而将维护成本降低 18%。

• 北美货运公司：Simpack 上的脱轨预测模型将脱轨事故减少了 25%。

• 亚洲机车车辆制造商：Simpack 优化的悬架系统增强了重载情况下的乘坐舒适性和稳定性

SIMULIA Simpack 如何为铁路运营商创造价值

Simpack 优化了铁路系统的性能，以实现安全性、可靠性和成本效益，帮助运营商构建更安全、更具弹性的货运网络。该软件通过以下方式为利益相关者提供价值。

1. 节省成本：预测性维护可减少意外故障，从而可能节省数百万美元的维修和停机时间。

2. 增强的安全性：高级建模有助于在风险发生之前降低风险。

3. 合规性： 模拟确保符合全球安全和性能标准。

4. 减少体检：虚拟认证测试减少了昂贵的体检，加快了认证速度。

5. 高频走廊的安全性：轨道磨损模拟提高了交通繁忙的货运路线的安全性。

通过 AI 和虚拟孪生集成进行主动维护

随着铁路货运运营变得更加复杂和高风险，SIMULIA Simpack 的 AI 和虚拟孪生技术对于推动预测分析和自动化以实现主动维护变得至关重要。借助这些改进，您可以启用实时监控并显著提高持续运营中的故障检测能力。

虚拟孪生提供物理列车的精确虚拟表示，从而优化故障检测和维修效率。

3DEXPERIENCE 平台上的 AI 驱动型仿真完善了预测性维护策略，而使用虚拟孪生的临界速度分析有助于通过最大限度地减少振荡和过度横向运动来防止脱轨。

达索系统的 SIMULIA Simpack 采用数据驱动的主动维护方法，加强了从轨道技术到维护工作流程的安全性，是改善事故预防和在整个铁路运营范围内实施监管合规工作的关键。