地铁列车耐撞性仿真研究

参考国内外有关地铁、轻轨车辆耐碰撞设计规范及准则,利用Hypermesh和LS-DYNA有限元软件模拟了一列车以20 km/h的速度正面碰撞另一列相同的静止列车的碰撞过程。仿真模型中模拟了钩缓装置的力学特性以及车钩的失效和脱落现象。从乘客生存空间、纵向平均加速度等方面评价列车的耐撞性。研究结果表明,该型地铁列车的耐撞性能满足相关标准的要求。     

轨道车辆耐碰撞性研究进展

对轨道车辆耐碰撞性研究的国内外最新进展进行综述,并对列车碰撞研究的主要方法及存在的问题、耐撞性车辆设计及评价标准进行论述。研究表明:我国在轨道车辆耐碰撞安全性技术研究方面与国外存在较大的差距,应在列车碰撞响应与车体结构安全性关系、列车碰撞试验标准和试验设备、列车碰撞后脱轨机理等方面进行深入的研究,并亟待制定符合我国国情的列车碰撞安全性标准。     

基于显式有限元软件的地铁列车耐撞性研究

为了验证某型地铁列车的耐撞性能,根据该型地铁列车头车、中间车的车体结构、车体材料特性、总体布置和钩缓特性,利用显式有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立两列相同地铁列车碰撞的有限元模型。参考国内、外有关地铁、轻轨车辆耐碰撞设计规范及准则,对列车的碰撞过程进行数值模拟。研究结果表明,该型地铁列车的耐撞性能满足相关标准的要求。     

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。     

地铁头车车体耐撞性仿真分析

在分析国内外有关研究现状的基础上,根据国外有关轨道车辆耐撞性评估的准则、标准,提出评估地铁头车车体耐撞性的碰撞场景设计与条件,即:满载车辆以25km/h的初速度对撞同类型保持静止状态的头车时,车体及吸能结构所吸收的碰撞能量不小于1MJ,头车车体变形不大于100mm。同时,建立某型地铁头车车体对撞有限元模型,处理接触问题及边界条件,实现240ms碰撞过程的数值仿真,并分析车体的速度、加速度、变形、能量的变化趋势。通过对关键参数的仿真分析,评估地铁头车车体的耐撞性。     

新型高速动车组碰撞仿真分析

高速列车在运行过程中一旦发生碰撞事故，不但会损坏车辆结构，而且还会严重威胁乘客的生命安全。因此，高速列车的被动安全性越来越受到各主机厂的重视。对高速列车进行耐撞性能研究并设计吸能结构，能够有效降低高速列车在意外碰撞事故中的受损程度，同时还可以有效保护司乘人员的安全。文章以时速400 km动车组为研究对象，基于被动安全的设计思路，按照标准EN 15227:2008+A1:2010对C-Ⅰ类型的碰撞描述进行了耐碰撞仿真计算与分析，评估了其防碰撞性能，并结合计算结果给出了改进建议。     

新德里RMGL项目车体耐碰撞性能研究

在AW3工况下,利用有限元模拟软件HyperMesh和Ls-Dyna对新德里RMGL项目车体进行被动安全性及耐撞性分析。以弹簧代替车钩建立一列车与另一列车的碰撞模型,运用瞬态非线性有限元碰撞仿真方法,分析两列车的碰撞过程,结果满足EN 15227中车辆的碰撞要求。     

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...     

地铁工程车碰撞仿真中钩缓及防爬器模拟方法

在进行某型号地铁工程车碰撞分析时,提出了一种基于LS-DYNA非弹性压缩弹簧模拟钩缓特性以及防爬器吸能特性的仿真方法。就两相同列车以相对速度25km/h相撞为例,对碰撞过程进行模拟,并计算钩缓装置以及防爬器对列车碰撞工况能量吸收的贡献程度。结果表明:该方法能够模拟碰撞时列车钩缓装置和防爬器的力学特性,并且能得到列车碰撞的输出特性、能量吸收等指标;两列车对撞后,两工程车前端的车钩缓冲器吸收能量0.51 MJ,防爬器吸收能量0.47 MJ,分别占总能量的34%和31%。     

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。     

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Sobol’法的轨道车辆前端吸能结构灵敏度分析

将全局灵敏度分析方法应用到轨道列车耐撞性分析当中。以轨道车辆前端吸能结构参数作为设计变量,分别以总吸能量和接触力峰值作为目标响应,采用Sobol’分析法,通过构建Kriging代理模型,计算各参数的一阶主灵敏度值、总灵敏度值和二阶交互效应灵敏度值,并进行分析,辨别对吸能性能影响较大的参数,将简化后结构与原结构的优化结果进行比较。结果表明:Kriging代理模型具有较高的精度,能满足耐撞性分析的要求;Sobol’法能很好地评价该过程的灵敏度,为优化设计提供有力参考,简化优化模型。     

列车多体耦合撞击分析

设计了耐冲击吸能车体,其前端司机室控制台前端和尾端为塑性大变形区域,中间载客区为弹性小变形区域。建立轻轨列车的等效简化模型。对实际模型和简化模型在同样工况下进行了撞击计算,结果显示等效模型和简化模型的变形过程相似,力—位移曲线也基本相同。在简化的轻轨车模型基础上,模拟6辆编组的轻轨列车以25km.h-1速度撞击一列静止的轻轨列车,得到各辆车的动力学响应。计算结果显示,车辆与车辆之间发生了多体耦合撞击,每辆车都产生了塑性变形,其中头车前端塑性变形较大。     

基于事件的控制技术在地铁列车运行中的应用

研究移动闭塞条件下地铁列车的运行规律,建立地铁列车运行模型,将基于事件的控制技术应用到地铁列车控制中。引入运动参考变量,求出在以站间最小运行时间为目标的单列列车控制中,列车运行速度、加速度关于列车走行距离的表达式,根据列车走行距离实时调整规划列车的运行。研究移动闭塞条件下地铁列车间的控制,采用基于事件的控制技术和编队思想降低列车间的最小追踪允许间隔,在保证不撞车以及尽量减少站外停车的前提下,提高地铁线路的通过能力,并且能够方便地实现系统的重新配置以及各子系统间的协调协作。以相邻的3列列车运行为例,研究在移动闭塞条件下后续列车的控制策略,根据列车的走行距离以及前后列车间所要求保留的安全距离,动态调整列车的运行速度、加速度。仿真结果表明,运用基于事件的控制技术来控制列车的运行,可提高列车的正点率到95%。     

地铁发车间隔对列车再生制动功率吸收的影响

以国内某地铁为例进行分析,计算出列车再生制动能量和功率,并对不同列车发车密度情况下制动功率吸收进行了仿真,最后得出结论。对地铁发车时刻安排和再生制动能量吸收装置的设置有一定的指导意义。     

地铁列车制动系统速度信号模拟的研究

速度信号是地铁列车制动系统的一个关键信号,对速度信号进行模拟是实现地铁列车制动实训系统和制动测试系统的基础工作。根据地铁列车架控式制动系统中速度传感器输出信号的要求,提出并实现一个实时可控的速度传感器输出信号模拟方案;利用STC15系列单片机输出高速脉冲电压信号,再将电压信号转换为电流信号,输出7 mA~14 mA脉冲电流信号,作为模拟地铁列车行驶过程中速度传感器的输出信号。仿真结果表明:该方案满足地铁列车速度传感器输出信号的模拟要求,有助于提高地铁列车制动测试系统和制动实训系统的可操作性。     

铁路避撞系统RCAS的关键问题研究

基于车-车通信的铁路避撞系统RCAS(Railway Collision Avoidance System)使列车能周期地获取邻近区域的运行状况信息,若有潜在的碰撞危险则向司机发出警告并给出建议,从而避免碰撞事故的发生。此系统独立于传统运营机制下的安全设备,可提高列车运行的安全性,且具有提高效率的潜能,可缩短相邻列车的追踪间隔。本文详细论述RCAS的体系结构、定位算法、通信机制及碰撞检测机制,并根据目前研究现状展望将来的研究方向,以期对我国铁路发展提供参考。     

现代有轨电车车端系统配置及耐撞性分析

介绍现代有轨电车车端系统的组成及主要参数,以某有轨电车为例,从竖曲线、平面曲线、吸能行程、位置关系几个方面对车端系统各参数进行校验和优化。根据EN 15227-2008+A1-2010《铁路应用设施-铁路车辆车身防撞性要求》,计算列车以15km/h速度与1列相同编组的静止列车正面碰撞,以及列车以25km/h速度呈45°角撞击1个3t障碍物的2种碰撞情景下,列车碰撞过程中车体内能及动能、车辆速度及加速度等参数变化情况,验证车体的耐碰撞性和结构完整性,并对碰撞计算存在的不足进行探讨,提出建议。     

轨道卧铺客车乘员二次碰撞安全性研究

针对轨道卧铺客车包厢结构复杂、乘员二次碰撞具有多样化且国内鲜有相关研究文献的现状,以某型卧铺客车为研究对象,基于2个典型碰撞工况对车体结构的耐撞性进行了验证,同时研究了乘员二次碰撞安全性.通过详细建立卧铺车厢结构,将客车一次碰撞“加速度-时间”响应曲线作为输入,对不同位置、不同姿态、不同性别乘员的二次碰撞安全性进行了研究.研究结果为卧铺车厢结构设计及改进提供了理论依据.