动车组行李架耐撞性分析及优化设计

现有列车行李架仅考虑静载荷要求,为了提升动车组列车行李架耐撞性,降低碰撞事故中乘员二次损伤的风险,开展250 km/h标准动车组列车行李架的碰撞特性研究和耐撞性优化设计。首先,基于LS-DYNA显式非线性有限元程序,建立动车组列车行李架有限元模型,仿真分析现有动车组列车行李架结构碰撞响应;其次,采用加宽安装座并在行李架端部加装蜂窝吸能结构和调整螺栓预紧力的方法对行李架耐撞性进行设计,对改进后行李架的碰撞响应进行参数分析;最后,以螺栓预紧力、蜂窝吸能结构压缩强度和托架拉杆厚度作为设计变量,以比吸能、位移和冲击峰值力作为设计目标,采用优化拉丁超立方试验设计获取样本空间,构建设计变量和设计目标的响应面近似模型,选用NSGA-II遗传算法对行李架进行耐撞性多目标优化设计。研究结果表明：现有动车组行李架结构碰撞后安装螺栓失效,行李和行李架掉落,存在对乘员造成损伤的风险;改进后的行李架在碰撞时沿安装座滑动并压缩蜂窝吸能结构,通过行李架与安装座的摩擦和蜂窝材料塑性变形耗散行李碰撞动能,行李未发生掉落;多目标优化设计后得到行李架耐撞性Pareto前沿,行李架在平衡解处具有更优异的耐撞性能,且优化与仿真...     

轨道车辆乘员二次碰撞伤害的研究

结合我国铁道车辆客室设施与布置,参考欧洲和美国的轨道车辆乘员伤害仿真、试验和评价标准,采用Madymo HybridⅢ 50百分位假人对轨道列车碰撞事故中乘员二次碰撞的过程进行了计算机仿真和伤害分析,比较了不同客室布置方式、不同接触刚度、不同的座椅间距等对乘员伤害的影响.研究表明,同向布置、合适的座椅靠背刚度和座椅间距能减小乘员的HIC值和碰撞的相对速度,从而减小乘员伤害.客室的内装材料也应从被动安全防护的角度加以考虑.     

基于拟人仿真试验的列车事故乘员损伤预测方法及应用

针对列车碰撞事故中卧铺车厢乘员损伤分析和预测问题,依据25T型硬卧、软卧车厢内部结构布置特点建立以坐姿、卧姿假人模型为基础的典型碰撞场景有限元模型。以标准载荷为边界条件进行仿真计算,获得假人姿态响应、头部和胸部加速度、腿部受力碰撞历程仿真数据,参考汽车碰撞损伤标准评估乘员头、胸、腿部损伤。仿真分析结果表明:硬卧车厢中坐姿乘员的头部在碰撞事故中与中铺床棱发生两次碰撞并造成致命伤害,下铺卧姿乘员头部直接和餐桌发生碰撞并造成严重损伤;软卧车厢中上铺乘员有从上铺跌落并产生致命伤害的可能性。可通过改进卧铺车厢中与乘员接触结构的形状和材料或增加防护装置等方式降低乘员损伤的可能性。     

轨道车辆大吨位组合式承载结构测力墙设计方法

耐冲击吸能列车已经成为世界各国轨道车辆被动安全防护技术的重要手段,轨道车辆碰撞试验是评估耐冲击吸能列车的重要方法。轨道车辆碰撞试验接触面大和撞击力大,现有的测力墙结构并不能满足测试需求。采用单因素法分析传感器间距d,传感器数量n和碰撞面板厚度h对整块式测力墙碰撞响应的影响,提出分块式和整块式面板组合的大吨位承载结构测力墙设计方法,并针对某地铁车端底架主吸能结构的测试要求,开展大吨位测力墙结构设计。通过台车碰撞试验,得到结构的撞击力大小及分布规律。试验与仿真结果趋势一致,相差不超过5%,满足轨道车辆碰撞试验大吨位撞击力测试的工程需要。     

城际动车组车辆防爬吸能装置性能研究

根据城际动车组车辆参数,介绍了防爬吸能装置设计结构及吸能原理。通过列车碰撞仿真计算和分析,验证了防爬吸能装置在列车碰撞过程中具有良好的防爬性和吸能性,对列车被动安全有着积极的防护作用。     

车辆乘员碰撞安全防护研究

结合我国车辆客室设施与布置,参考国外车辆乘员伤害标准,采用假人时轨道列车碰撞事故中乘员二次碰撞的过程进行了计算机仿真和伤害分析,并研究和比较了3种客室内部桌椅的布置方式对乘员安全的影响,最后提出了碰撞事故中乘员安全防护的建议。     

正面斜碰撞下列车脱轨行为与机理研究

随着列车提速和高速化发展,列车运行安全性和可靠性保障要求愈发受到关注和重视。尽管列车具有一系列主动安全保障措施,但如果发生意外碰撞脱轨事故,将造成灾难性后果和巨大经济损失。为进一步揭示列车碰撞脱轨机理、提升列车碰撞被动安全性能,建立包含车体、转向架、悬挂系统及缓冲吸能装置的三编组列车碰撞有限元模型,考虑材料、几何和接触等典型的碰撞动力学非线性特征,仿真模拟正面斜碰刚性墙引起的车体结构动态响应与列车脱轨行为,讨论列车碰撞速度(36,50和72 km/h)、碰撞角度(30°～65°)和轮轨摩擦因数(0.1,0.2,0.3,0.4)等关键参量对列车碰撞脱轨行为的影响规律与机理。研究结果表明,车体头部界面碰撞力通过悬挂系统传递至轮对,引起轮轨纵向、横向和垂向接触力剧烈振荡,导致头车前、后转向架轮对均以爬轨/侧滚组合的形式脱离轨道,且轮轨横向力随着列车碰撞速度的增大显著增加;头车碰撞界面横向力随着碰撞角度的增大呈现先增大后减小的趋势,而纵向及垂向界面碰撞力均随着碰撞角度的增大而增大;较高的轮轨摩擦因数容易引起列车碰撞过程中车轮跳轨,但会抑制车轮爬轨行为。研究结果可为列车碰撞被动安全设计与脱轨防护...     

铁道客车大变形碰撞仿真研究

利用数值仿真技术对铁道客车进行大变形碰撞研究。通过设置不同部分壳体单元的不同厚度,巧妙地处理了车体钢骨架与车体侧墙板及其他各种板件的焊接关系。根据仿真结果分析车身主要吸能部件的变形规律,改进牵引缓冲梁的结构,提高其吸收能量的性能。建立车与车的正撞模型,计算表明初速度相对大的车可能爬到初速度相对小的车上。建立斜角碰撞模型,指出为了减少列车脱轨后的严重伤害,应加强铁道安全护栏的研究。假人模型中的有关头部伤害指标和大腿伤害指标的计算结果表明,列车碰撞及其乘员二次碰撞是导致乘客伤害的关键原因。利用PAM CRASH的并行处理技术,进行了600万自由度有限元模型的25B铁道客车之间的碰撞分析。     

一种新型切削式防爬器研究北大核心

为了达到高速列车碰撞过程中整车的均布吸能,实现列车各车辆同时参与碰撞吸能,提高车辆耐撞性的目的,针对现有切削式防爬器实际应用情况设计了一种切削厚度随切削行程渐变、切削行程可控的新型切削式防爬器;采用有限元软件LS-DYNA对防爬器切削吸能过程进行了数值仿真,研究了初始切削厚度对整个切削吸能过程的影响;开展了防爬器碰撞冲击试验,考察了防爬器的缓冲吸能特性,并与数值分析结果进行了对比。结果表明,当初始切削厚度较薄时,切屑呈螺旋状,卷曲曲率较小,初始峰值力较低,切削过程更稳定。由于切削行程和厚度的可调节,实现了在碰撞过程中界面力在一定范围内可控,有利于保护车体及乘员的安全。     

一种新型切削式防爬器研究

为了达到高速列车碰撞过程中整车的均布吸能,实现列车各车辆同时参与碰撞吸能,提高车辆耐撞性的目的,针对现有切削式防爬器实际应用情况设计了一种切削厚度随切削行程渐变、切削行程可控的新型切削式防爬器;采用有限元软件LS-DYNA对防爬器切削吸能过程进行了数值仿真,研究了初始切削厚度对整个切削吸能过程的影响;开展了防爬器碰撞冲击试验,考察了防爬器的缓冲吸能特性,并与数值分析结果进行了对比。结果表明,当初始切削厚度较薄时,切屑呈螺旋状,卷曲曲率较小,初始峰值力较低,切削过程更稳定。由于切削行程和厚度的可调节,实现了在碰撞过程中界面力在一定范围内可控,有利于保护车体及乘员的安全。     

一种双级式列车吸能防爬装置耐撞性分析

文章首先利用Hyper mesh软件建立了列车双级式吸能防爬装置的有限元模型,并基于该有限元模型对蜂窝结构强度对双级式吸能防爬装置耐撞性的影响进行了研究分析。结果表明,该吸能结构可以形成有序的变形模式。初始峰值力和平均撞击力随着蜂窝A强度或蜂窝B强度的增加而增加。该结构能量吸收量主要受蜂窝A强度影响,而蜂窝B强度则对初始峰值力有较大影响。     

标准地铁列车前端专用耐撞结构吸能模式及力学匹配

开发轻质高比吸能的能量吸收装置是标准化地铁列车项目的核心需求，开展专用吸能装置的匹配性增强设计对结构耐撞性提升有重要意义。在不改变现有装置所占空间的前提下，根据标准化地铁列车的碰撞防护参数，设计了3种吸能元件方案，运用显式有限元分析方法，基于试验测定的部件性能参数，对比分析了3种结构在25 km/h速度条件下的冲击响应行为，并确定了最终的优选设计方案。在此基础上，运用拉丁超立方试验法构造了吸能参数响应面；采用非支配排序多目标遗传算法（NSGA-II）开展了吸能元件的多目标结构优化匹配设计，获得了优化后的结构方案，并完成了验算。结果表明，通过串联式蜂窝结构设计可改进吸能装置中长行程蜂窝的失稳问题；通过顶杆式蜂窝组合结构设计，显著提升了装置压缩过程中的吸能特性。响应面优化后的标准化地铁列车吸能装置吸能能力显著提升。     

有轨电车侧面碰撞乘员保护设计研究

为研究侧面碰撞中有轨电车耐碰撞性及乘员保护能力,建立了带假人的某5节编组100%低地板有轨电车及某6120型大客车有限元模型,设计了大客车以30 km/h速度侧面90°撞击静止在直线轨道上有轨电车悬浮模块的碰撞场景,使用LS-DYNA显式动力学软件模拟整个碰撞过程。研究结果表明,原结构有轨电车悬浮模块侧墙在碰撞力的作用下产生塑性变形侵入生存空间,被撞击侧座椅缺乏对乘员的保护限制作用,在撞击力的作用下乘员易飞出,同时惯性作用易使颈部产生挥鞭损伤。通过设计侧墙嵌入防撞杆,设置座椅侧墙分离,增加头枕和安全带等措施能提高侧墙耐碰撞性并有效改善乘员损伤指标,保护侧面碰撞中乘员安全。     

列车纵向-垂向碰撞动力学耦合模型建模与研究

为研究列车碰撞响应机理,基于多体动力学方法,建立包括轨道子系统、轮轨关系子系统、车钩缓冲器-防爬器子系统以及车辆子系统的列车纵向-垂向平面碰撞动力学模型。轨道子系统中将钢轨假设为离散点支撑的Timoshenko梁;轮轨关系子系统考虑了大蠕滑情况下轮轨切向力的计算;钩缓-防爬器子系统中考虑了车钩和防爬器转动以及动态因素对吸能特性的影响;车辆子系统中考虑了车端点头运动和吸能变形模式以及悬挂系统的非线性特性影响。采用显示数值积分方法,编制了该耦合系统的动力学仿真程序,并进行时域求解。将数值求解结果与有限元仿真和试验结果进行比较,验证了列车纵向-垂向碰撞动力学耦合模型的正确性。论文研究成果为进一步研究车辆主要结构参数对碰撞性能的影响规律、改善列车碰撞动力学行为以及新型耐撞性车辆设计提供了理论依据和仿真手段。     

地铁列车司机室前端结构耐撞性研究

为研究地铁列车在重载条件下列车的碰撞响应,尤其是司机室前端破坏程度,基于EN 15227对地铁车辆碰撞的相关规定,建立了地铁列车碰撞有限元数值模型,根据列车不同的载荷状态和被动列车是否施加停放制动,给出了3种不同工况,研究地铁列车在超载状态与标准规定状态下的司机室前端损伤程度和车体结构的耐撞性。计算结果表明:当载荷作为唯一变量时,司机室前端在超员载荷下所被压缩的距离是标准条件下的5倍左右;而当初速和载荷为定量时,施加停放制动的被动车碰撞破坏更为严重,碰撞界面的车钩和防爬吸能装置均走完全程,被动车司机室前端的压溃区几乎达到吸能极限,若再次加大速度或载荷即会对司机的生存空间造成威胁,故有必要在碰撞标准中考虑超员工况的计算。     

含假人模型的跨坐式单轨车辆碰撞安全仿真分析

以跨坐式单轨车辆为例,开展了含假人模型的跨坐式单轨车辆碰撞仿真有限元建模;并对其在一定初速度下与固定刚性墙的正面碰撞过程进行计算机仿真分析,验证了车体的耐撞性能.同时,得出了碰撞过程中乘员的响应程度与伤害程度,即:假人头部HIC值为562 mm,胸部压缩量为38mm,人体损伤低于损伤标准,车辆结构安全性也符合要求.     

基于逐级吸能原理的地铁B型车耐撞性分析

基于逐级吸能原理,建立了地铁B型车的非线性大变形碰撞动力学有限元力学模型,应用LS-DYNA非线性大变形分析软件,对两列列车碰撞情形进行了数值模拟分析。研究结果表明:列车结构设计符合逐级吸能原理的要求,仅吸能装置和部分车体端部结构产生了塑性变形,客室结构区域纵向长度的最大变化值均小于其总长的1%,乘客的生存空间可以得到保障,且列车间不会发生爬车现象。     

基于显式有限元的高速列车吸能装置吸能原理研究

吸能装置是提高高速列车耐碰撞性能的关键部件。首先阐述了金属切削数值仿真的关键技术,包括材料的本构模型、切屑与工件的分离、切屑与刀具的接触和摩擦等。然后利用显式有限元仿真了薄壁结构被轴向切削时刀具的前角、切屑的厚度和宽度等对其吸能特性的影响。提出薄壁结构轴向切削吸能和轴向压缩吸能的组合作为吸能装置的吸能原理。分析结果表明,该吸能原理是一种非常理想的碰撞能量耗散模式。     

城轨车辆钩缓装置配置与头车前端底架的碰撞吸能区设计

为了提高车辆的被动安全性,需提高车辆前端结构的防撞能力,城轨车辆需满足2列空载列车相对速度25km/h的碰撞要求。主要阐述如何合理配置车辆钩缓装置中的前3级吸能结构能量,并通过ISIGHT软件,优化第4级吸能结构,即头车前端底架的碰撞吸能区,使车辆4级吸能结构能够合理有序变形,吸收更多能量。     

轨道交通列车前端吸能结构碰撞研究

利用LS-DYNA软件建立列车前端吸能结构的有限元模型,通过仿真分析对试验台车吸能结构进行优化以及试件材料选择;通过受力对比分析确定整车模型与试验台车模型对于吸收结构碰撞试验的一致性。台车吸能结构碰撞试验结果及其分析表明:利用台车吸能结构碰撞试验可以替代整车碰撞试验,用于验证列车前端吸能结构设计的合理性。采用仿真分析与台车试验相结合的方法,对列车端部吸能结构的耐碰撞性能进行验证,可以有效地压缩设计与试验的成本和周期。