城轨列车耐撞性能研究

作     者：何家兴 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈秉智

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：城轨列车 碰撞仿真 优化设计 简化模型 二次碰撞 

摘      要：轨道列车载客量大,一旦发生碰撞事故伤亡十分严重。列车碰撞过程具有明显的多体特征,列车端部吸能结构及车辆间钩缓装置是列车碰撞能量耗散的主要环节。现有列车端部吸能结构在碰撞过程中,易发生垂向屈曲失效,吸能性能不足,列车界面能量设计参数固定,不同程度上导致列车耐撞性能难以提升。为了解决上述问题,改善列车的耐撞性能,本文以某四编组城轨列车为研究对象,分别针对城轨列车的端部吸能结构和车钩吸能参数进行重新设计,并基于EN15227标准对列车进行了耐撞性分析,采用FMVSS标准进行了二次碰撞乘员损伤分析,完成对列车耐撞性改善的验证。首先,为了改善列车端部吸能结构易发生垂向屈曲失效的问题,提出了一种分级导向防爬吸能结构,并研究单级导向和分级导向对吸能特性的影响。同时为进一步提升吸能结构的耐撞性能,以比吸能最大和峰值力最小为优化目标,对分级导向防爬吸能结构进行耐撞性优化,优化后的吸能结构的比吸能及能量均有明显提升。然后,分别构建了城轨列车TC车和M车一维柔性简化模型,并通过参数校正得到了模拟车体结构的非线性杆单元的等效参数,在此基础上,进一步构建了列车编组简化模型,并基于该编组简化模型对原有的车钩吸能参数进行设计,提出了新的车钩参数设计方案,与原方案相比车体平均纵向加速度明显降低。最后,基于新设计的防爬吸能结构和车钩界面吸能参数,建立了城轨列车三维有限元模型,参照EN15227标准对城轨列车的平均纵向加速度、生存空间和轮对抬升量等响应进行了分析,以评估列车的耐撞性能。并引入座椅模型和假人模型,根据FMVSS标准进行了二次碰撞乘员损伤分析,以评估列车的乘员防护性能。本文提出了一种分级导向防爬吸能结构,并基于列车一维柔性简化模型提出了车钩吸能参数的设计方案。编组列车碰撞分析结果表明,提高列车端部吸能性能和车钩界面参数设计是提升列车耐撞性能的有效方法。优化后的分级导向吸能结构可以同时提高吸能并有效缩减安装空间。基于简化模型可以快速确定列车车钩吸能参数,有助于提高列车碰撞能量耗散效率。本文工作对改善列车耐撞性能有一定的参考意义。