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。     

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。     

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。     

跨既有铁路桥梁施工的固定式防护结构抗碰撞性能分析

铁路简支梁桥上跨既有电气化铁路线施工,防护装置采用固定式防护结构.本文根据现场对固定式防护结构的要求,采用基于结构影响线分析来确定荷载最不利设计效应位置的方法,同时针对防护结构的空间受力特性,进一步考虑了正载碰撞和偏载碰撞两种极端工况,对固定式防护结构进行了详细设计和精确的抗碰撞力学性能分析,得到了碰撞过程中的最大结构应力及其发生的位置,评价了该类防护结构的强度安全及抗碰撞性能,具有一定的工程指导意义.     

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.     

地铁碰撞事故中站姿假人的响应仿真与损伤预测

地铁车辆中站姿乘员的复杂状态是造成难以预测碰撞损伤的主要因素之一。本文针对站姿假人约束状态、站立方向进行定义与分类,以特定碰撞场景(25km/h两车对撞)下已实现的车体碰撞过程仿真结果为边界条件,建立特定场景下假人损伤评估方法与相关参数阈值定义;获得基于假人的姿态响应、头部加速度、胸部加速度以及腿部受力碰撞时间历程仿真数据。损伤预测表明:站姿乘员在地铁碰撞事故中受到伤害的部位主要集中在头部、颈部和胸部,可能导致乘客脑震荡,颅骨骨折,肋骨骨折等。扶手提供的保护有限。乘员站立方向与损伤程度之间无显著规律,假人碰撞响应的力学参数最大值可作为结构设计与预测的依据。     

新型无人驾驶地铁列车耐撞性研究

新型无人驾驶地铁列车为现代轨道交通智能列车的代表,对列车运行安全性,尤其是对列车的碰撞安全性具有较高的要求,是车辆设计的重点和难点。以新型无人驾驶地铁列车为研究载体,以列车耐撞性为研究目标,基于EN15227:2008标准要求,采用数值仿真分析方法对新型无人驾驶地铁列车耐撞性进行研究评估。研究结论为:列车在初始速度25 km/h下与一列静止列车发生碰撞时,车钩缓冲器、压溃管及防爬吸能装置可以将碰撞动能全部吸收,能够较好地缓冲撞击;列车爬车指标、乘员生存空间指标及减速度指标均满足标准要求,能够保护乘客安全。     

基于坐姿假人的地铁乘员二次碰撞损伤影响分析

针对地铁车厢中坐姿乘员的二次碰撞损伤问题,以乘员不同约束状态、坐姿、乘员人数为变量建立坐姿假人碰撞仿真场景。以AV/ST9001标准中加速度测试载荷为边界条件实现仿真计算,获得假人的姿态响应历程数据。建立假人响应物理参数与损伤等级对应关系的评估条件,包括头部HIC值、胸部3ms加速度与AIS损伤等级关系以及胫骨指数。仿真结果分析与损伤预估表明:坐姿乘员在碰撞事故中可能受到头部脑震荡,颅骨骨折,胸部肋骨骨折,腿部挫伤,骨折等不同程度伤害。座椅侧挡板对假人的姿态响应幅度有显著的影响,座椅及其附件的形状、材料等可作为可变设计参数以期降低乘员损伤;乘员人数会显著增加二次碰撞复杂度及损伤程度,是乘员损伤不利因素之一。     

有轨电车与乘用车斜向碰撞的安全性及相容性分析

基于事故统计,模拟了有轨电车和乘用车在平交路口的斜向碰撞,从碰撞变形、乘员生存空间、动力学响应、碰撞能量,以及脱轨安全性等方面对碰撞事故进行了综合分析。研究结果表明:碰撞位置越靠前,碰撞界面力与加速度响应越剧烈,乘用车结构变形模式越不利,相应的乘用车乘员保护和有轨电车脱轨安全性亦越差;有轨电车与乘用车因质量悬殊致使乘用车加速度响应异常剧烈,等效刚度不匹配则导致乘用车受损严重而影响乘员安全;有轨电车与乘用车前端结构不相容是发生“钻碰”和“类爬车”的重要诱因,对有轨电车的脱轨安全性影响较大。     

减轻乘员二次碰撞损伤的列车铝蜂窝吸能桌耐撞性研究

为提高我国列车的被动安全性,设计一种蜂窝蒙皮夹层结构吸能桌,能够有效降低列车碰撞时乘客与列车固定桌的碰撞损伤。采用全尺寸法建立蜂窝结构全尺寸有限元模型,用准静态试验和动态冲击试验验证蜂窝全尺寸模型有效性,然后使用Hypermesh建立蜂窝夹层结构吸能桌的数值仿真模型,先后验证了吸能桌的承载强度和被动安全防护性能。垂纵向承载强度校核结果表明,吸能桌在垂纵向均布载荷作用下产生很小的永久塑性变形,承载强度满足GM/RT 2100 issue 5等标准要求;标准50th混Ⅲ男性假人与现有餐桌和吸能桌的滑台碰撞仿真结果表明,吸能桌相比现有桌能够明显改善乘员的运动姿态,有效地降低乘员的碰撞损伤。然后,探究了蜂窝夹层结构的蜂窝胞元厚度t1和蒙皮厚度t2对假人撞击力F和胸部压缩量THCC的影响情况,结果表明当胞元壁厚和蒙皮厚度变化时,吸能桌对假人防护效果先是变好,然后变差,胞元壁厚的影响程度较蒙皮厚度大。最后对不同厚度参数组合下假人损伤进行综合评价,结果显示t1和t2分别为0.10 mm和0.22 mm时损伤综合评价最优。     

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.     

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。     

快速客运机车碰撞保护系统设计与分析

描述了快速客运机车碰撞保护系统的组成,碰撞保护系统的设计及作用过程,对碰撞保护元件间的性能参数进行了分析,使用显式动态有限元方法对机车碰撞保护系统进行仿真和元件性能的对比分析,分析结果表明碰撞保护系统能对机车车体起到较大的保护作用,有利于列车系统及司乘人员的安全。     

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。     

安全带对列车驾驶员的碰撞损伤防护研究

针对轨道列车驾驶员的二次碰撞损伤问题,采用非线性显式动力学方法,分别对驾驶员无安全带约束、佩戴两点式腰带和三点式安全带下的列车撞击刚性墙进行数值模拟分析,分析比较驾驶员在这3种情况下身体多部位的损伤情况。研究结果表明:无安全带约束下的驾驶员最终脱离座椅,头部和胸部损伤满足标准要求,颈部损伤接近标准值,而下肢损伤超过了标准值;两点式腰带约束下驾驶员未脱离座椅,改善了颈部和下肢损伤,但加重了头部和胸部损伤,腹部受力超标;三点式安全带将驾驶员约束在座椅上,改善了头部、颈部、胸部损伤超过20%,将胫骨指数减小了63.2%,大腿骨力减小了90%。由计算结果可知,三点式安全带对列车驾驶员有更好的损伤防护作用。     

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.     

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。     

纵向冲动对大秦线重联机车渡板变形的影响

针对HXD1型机车在大秦线上运行时渡板碰撞变形问题进行研究。分析得出渡板碰撞的主要原因和发生碰撞变形的边界条件。基于TDEAS纵向动力学仿真软件,建立了考虑发生渡板碰撞路段实际线路条件的动力学模型,仿真得到列车通过11‰长大下坡路段制动后产生较大的纵向冲动。利用Simpack软件建立机车详细多体动力学模型,充分考虑钩缓装置的钩尾摩擦特性,钩肩、钩销止挡特性,胶泥缓冲器阻抗特性等,并将纵向动力学仿真得到的纵向冲动力导入模型。仿真结果表明受到过大纵向冲动作用时,中部重联机车通过半径800m的弯道有较大的横向错位,渡板发生碰撞,同时分析渡板变形对机车横向安全性的影响。研究不同纵向冲动力渡板的碰撞情况,得到发生碰撞的临界车钩力。     

动车组密接式车钩动力学性能碰撞试验研究

以某型高速动车组密接式车钩为研究对象进行了碰撞试验,并结合密接式车钩的性能参数,得到动车组密接式车钩能承受的临界碰撞速度,为深入进行车钩动力学仿真提供了参考和依据。     

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。