地鐵車輛耐撞性分析及多級(jí)能量吸收系統(tǒng)的驗(yàn)證

牛超　邵微　陳秉智

摘要：為研究地鐵頭車的耐撞性及其多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，建立能夠反映真實(shí)情況的頭車用半自動(dòng)車鉤及其剪切裝置模型.利用PAMCRASH軟件，參考EN 15227標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定模擬運(yùn)營(yíng)工況，計(jì)算頭車與剛性墻撞擊工況，得到該車吸能結(jié)構(gòu)的變形模式和最大吸能量；然后計(jì)算兩頭車對(duì)撞工況，從逃生空間、撞擊力和加速度等方面評(píng)價(jià)車體的耐撞擊性.計(jì)算結(jié)果表明該地鐵頭車耐撞擊性能良好，多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理.

關(guān)鍵詞：地鐵； 多級(jí)能量吸收系統(tǒng)； 車鉤； 剪切裝置； 碰撞仿真； 變形模式

中圖分類號(hào)： U270.2； TB115.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程的加快和人口的急劇增加，交通擁堵已經(jīng)成為各大城市亟待解決的問題.修建地鐵是減輕地面交通壓力、緩解擁堵的好方法之一，因此許多城市都在大力發(fā)展地鐵.盡管地鐵有許多的優(yōu)點(diǎn)，但由于其運(yùn)量大、運(yùn)行速度快，一旦發(fā)生碰撞和追尾等事故，將會(huì)造成大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，后果非常嚴(yán)重，因此其安全性顯得尤為重要.[1]

地鐵車輛主要依靠主動(dòng)控制的方式避免行車事故的發(fā)生，但是僅依靠主動(dòng)控制并不能完全避免碰撞事故的發(fā)生，因此需要對(duì)車身進(jìn)行防撞設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)以可控的方式發(fā)生變形，吸收碰撞中的能量，以保護(hù)司機(jī)和乘客的安全.目前，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為研究大變形碰撞的主要方法，這給本文研究提供思想和平臺(tái)，即：通過計(jì)算機(jī)仿真分析，評(píng)價(jià)車輛的耐撞擊性能.

以某地鐵車為研究對(duì)象，參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)頒布的EN 15227標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行碰撞仿真分析，評(píng)價(jià)其碰撞安全性是否符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，并驗(yàn)證其多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性.

4 結(jié) 論

通過以上分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）基于建立的頭車用半自動(dòng)車鉤及剪切裝置模型進(jìn)行碰撞分析，結(jié)果表明，其撞擊性能與工廠提供的數(shù)據(jù)符合得很好，驗(yàn)證模擬的精確性.此模型可以在今后研究頭車碰撞問題時(shí)廣泛應(yīng)用.

（2）對(duì)車體的多級(jí)能量吸收系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，其變形順序和能量吸收都能滿足要求，可見該車多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理.

（3）對(duì)車體的碰撞安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，逃生空間沒有發(fā)生變形，吸能結(jié)構(gòu)逐級(jí)吸收撞擊能量，最大撞擊力只有1 400 kN，逃生空間平均縱向加速度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求.因此，該車耐撞擊性能良好，能夠保證司機(jī)和乘客的安全，也為工廠設(shè)計(jì)人員提供參考.

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊慧芳. CRH3動(dòng)車組被動(dòng)安全性和耐撞性優(yōu)化研究[D]. 大連： 大連交通大學(xué)， 2009.

[2] 李蘭， 劉金朝， 王成國(guó)， 等. 城軌車輛耐碰撞結(jié)構(gòu)的數(shù)字設(shè)計(jì)研究[J]. 鐵道機(jī)車車輛， 2008， 28（2）： 28-32.

LI Lan， LIU Jinzhao， WANG Chengguo， et al. Numerical study on crashworthy structure for urban rail vehicle[J]. Railway Locomotive & Car， 2008， 28（2）： 28-32.

[3] LU G. 耐碰撞車輛的能量吸收要求[J]. 國(guó)外鐵道車輛， 2006， 43（3）： 8-13.

LU G. Energy absorption requirement for crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2006， 43（3）： 8-13.

[4] 張樂樂， 張嘯雨， 崔進(jìn)， 等. 地鐵頭車車體耐撞性仿真分析[J]. 鐵道學(xué)報(bào)， 2012， 34（3）： 22-27.

ZHANG Lele， ZHANG Xiaoyu， CUI Jin， et al. Numerical analysis on crashworthiness of subway head car body[J]. J China Railway Soc， 2012， 34（3）： 22-27.

[5] LU G. 耐碰撞車輛的撞擊性能[J]. 國(guó)外鐵道車輛， 2005， 42（5）： 26-34.

LU G. Collision behaviour of crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2005， 42（5）： 26-34.

（編輯 于杰）

摘要：為研究地鐵頭車的耐撞性及其多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，建立能夠反映真實(shí)情況的頭車用半自動(dòng)車鉤及其剪切裝置模型.利用PAMCRASH軟件，參考EN 15227標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定模擬運(yùn)營(yíng)工況，計(jì)算頭車與剛性墻撞擊工況，得到該車吸能結(jié)構(gòu)的變形模式和最大吸能量；然后計(jì)算兩頭車對(duì)撞工況，從逃生空間、撞擊力和加速度等方面評(píng)價(jià)車體的耐撞擊性.計(jì)算結(jié)果表明該地鐵頭車耐撞擊性能良好，多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理.

關(guān)鍵詞：地鐵； 多級(jí)能量吸收系統(tǒng)； 車鉤； 剪切裝置； 碰撞仿真； 變形模式

中圖分類號(hào)： U270.2； TB115.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程的加快和人口的急劇增加，交通擁堵已經(jīng)成為各大城市亟待解決的問題.修建地鐵是減輕地面交通壓力、緩解擁堵的好方法之一，因此許多城市都在大力發(fā)展地鐵.盡管地鐵有許多的優(yōu)點(diǎn)，但由于其運(yùn)量大、運(yùn)行速度快，一旦發(fā)生碰撞和追尾等事故，將會(huì)造成大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，后果非常嚴(yán)重，因此其安全性顯得尤為重要.[1]

地鐵車輛主要依靠主動(dòng)控制的方式避免行車事故的發(fā)生，但是僅依靠主動(dòng)控制并不能完全避免碰撞事故的發(fā)生，因此需要對(duì)車身進(jìn)行防撞設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)以可控的方式發(fā)生變形，吸收碰撞中的能量，以保護(hù)司機(jī)和乘客的安全.目前，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為研究大變形碰撞的主要方法，這給本文研究提供思想和平臺(tái)，即：通過計(jì)算機(jī)仿真分析，評(píng)價(jià)車輛的耐撞擊性能.

以某地鐵車為研究對(duì)象，參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)頒布的EN 15227標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行碰撞仿真分析，評(píng)價(jià)其碰撞安全性是否符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，并驗(yàn)證其多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性.

4 結(jié) 論

通過以上分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）基于建立的頭車用半自動(dòng)車鉤及剪切裝置模型進(jìn)行碰撞分析，結(jié)果表明，其撞擊性能與工廠提供的數(shù)據(jù)符合得很好，驗(yàn)證模擬的精確性.此模型可以在今后研究頭車碰撞問題時(shí)廣泛應(yīng)用.

（2）對(duì)車體的多級(jí)能量吸收系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，其變形順序和能量吸收都能滿足要求，可見該車多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理.

（3）對(duì)車體的碰撞安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，逃生空間沒有發(fā)生變形，吸能結(jié)構(gòu)逐級(jí)吸收撞擊能量，最大撞擊力只有1 400 kN，逃生空間平均縱向加速度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求.因此，該車耐撞擊性能良好，能夠保證司機(jī)和乘客的安全，也為工廠設(shè)計(jì)人員提供參考.

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊慧芳. CRH3動(dòng)車組被動(dòng)安全性和耐撞性優(yōu)化研究[D]. 大連： 大連交通大學(xué)， 2009.

[2] 李蘭， 劉金朝， 王成國(guó)， 等. 城軌車輛耐碰撞結(jié)構(gòu)的數(shù)字設(shè)計(jì)研究[J]. 鐵道機(jī)車車輛， 2008， 28（2）： 28-32.

LI Lan， LIU Jinzhao， WANG Chengguo， et al. Numerical study on crashworthy structure for urban rail vehicle[J]. Railway Locomotive & Car， 2008， 28（2）： 28-32.

[3] LU G. 耐碰撞車輛的能量吸收要求[J]. 國(guó)外鐵道車輛， 2006， 43（3）： 8-13.

LU G. Energy absorption requirement for crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2006， 43（3）： 8-13.

[4] 張樂樂， 張嘯雨， 崔進(jìn)， 等. 地鐵頭車車體耐撞性仿真分析[J]. 鐵道學(xué)報(bào)， 2012， 34（3）： 22-27.

ZHANG Lele， ZHANG Xiaoyu， CUI Jin， et al. Numerical analysis on crashworthiness of subway head car body[J]. J China Railway Soc， 2012， 34（3）： 22-27.

[5] LU G. 耐碰撞車輛的撞擊性能[J]. 國(guó)外鐵道車輛， 2005， 42（5）： 26-34.

LU G. Collision behaviour of crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2005， 42（5）： 26-34.

（編輯 于杰）

摘要：為研究地鐵頭車的耐撞性及其多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，建立能夠反映真實(shí)情況的頭車用半自動(dòng)車鉤及其剪切裝置模型.利用PAMCRASH軟件，參考EN 15227標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定模擬運(yùn)營(yíng)工況，計(jì)算頭車與剛性墻撞擊工況，得到該車吸能結(jié)構(gòu)的變形模式和最大吸能量；然后計(jì)算兩頭車對(duì)撞工況，從逃生空間、撞擊力和加速度等方面評(píng)價(jià)車體的耐撞擊性.計(jì)算結(jié)果表明該地鐵頭車耐撞擊性能良好，多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理.

關(guān)鍵詞：地鐵； 多級(jí)能量吸收系統(tǒng)； 車鉤； 剪切裝置； 碰撞仿真； 變形模式

中圖分類號(hào)： U270.2； TB115.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程的加快和人口的急劇增加，交通擁堵已經(jīng)成為各大城市亟待解決的問題.修建地鐵是減輕地面交通壓力、緩解擁堵的好方法之一，因此許多城市都在大力發(fā)展地鐵.盡管地鐵有許多的優(yōu)點(diǎn)，但由于其運(yùn)量大、運(yùn)行速度快，一旦發(fā)生碰撞和追尾等事故，將會(huì)造成大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，后果非常嚴(yán)重，因此其安全性顯得尤為重要.[1]

地鐵車輛主要依靠主動(dòng)控制的方式避免行車事故的發(fā)生，但是僅依靠主動(dòng)控制并不能完全避免碰撞事故的發(fā)生，因此需要對(duì)車身進(jìn)行防撞設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)以可控的方式發(fā)生變形，吸收碰撞中的能量，以保護(hù)司機(jī)和乘客的安全.目前，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為研究大變形碰撞的主要方法，這給本文研究提供思想和平臺(tái)，即：通過計(jì)算機(jī)仿真分析，評(píng)價(jià)車輛的耐撞擊性能.

以某地鐵車為研究對(duì)象，參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)頒布的EN 15227標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行碰撞仿真分析，評(píng)價(jià)其碰撞安全性是否符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，并驗(yàn)證其多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性.

4 結(jié) 論

通過以上分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）基于建立的頭車用半自動(dòng)車鉤及剪切裝置模型進(jìn)行碰撞分析，結(jié)果表明，其撞擊性能與工廠提供的數(shù)據(jù)符合得很好，驗(yàn)證模擬的精確性.此模型可以在今后研究頭車碰撞問題時(shí)廣泛應(yīng)用.

（2）對(duì)車體的多級(jí)能量吸收系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，其變形順序和能量吸收都能滿足要求，可見該車多級(jí)能量吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理.

（3）對(duì)車體的碰撞安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，逃生空間沒有發(fā)生變形，吸能結(jié)構(gòu)逐級(jí)吸收撞擊能量，最大撞擊力只有1 400 kN，逃生空間平均縱向加速度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求.因此，該車耐撞擊性能良好，能夠保證司機(jī)和乘客的安全，也為工廠設(shè)計(jì)人員提供參考.

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊慧芳. CRH3動(dòng)車組被動(dòng)安全性和耐撞性優(yōu)化研究[D]. 大連： 大連交通大學(xué)， 2009.

[2] 李蘭， 劉金朝， 王成國(guó)， 等. 城軌車輛耐碰撞結(jié)構(gòu)的數(shù)字設(shè)計(jì)研究[J]. 鐵道機(jī)車車輛， 2008， 28（2）： 28-32.

LI Lan， LIU Jinzhao， WANG Chengguo， et al. Numerical study on crashworthy structure for urban rail vehicle[J]. Railway Locomotive & Car， 2008， 28（2）： 28-32.

[3] LU G. 耐碰撞車輛的能量吸收要求[J]. 國(guó)外鐵道車輛， 2006， 43（3）： 8-13.

LU G. Energy absorption requirement for crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2006， 43（3）： 8-13.

[4] 張樂樂， 張嘯雨， 崔進(jìn)， 等. 地鐵頭車車體耐撞性仿真分析[J]. 鐵道學(xué)報(bào)， 2012， 34（3）： 22-27.

ZHANG Lele， ZHANG Xiaoyu， CUI Jin， et al. Numerical analysis on crashworthiness of subway head car body[J]. J China Railway Soc， 2012， 34（3）： 22-27.

[5] LU G. 耐碰撞車輛的撞擊性能[J]. 國(guó)外鐵道車輛， 2005， 42（5）： 26-34.

LU G. Collision behaviour of crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2005， 42（5）： 26-34.

（編輯 于杰）