軌道車輛耐碰撞結(jié)構(gòu)及乘員安全防護(hù)技術(shù)研究.pdf

1、由于軌道交通事故復(fù)雜多變的偶然因素和嚴(yán)重的生命威脅，使車輛事故安全成為公眾矚目的關(guān)注點(diǎn)?？茖W(xué)的進(jìn)步和現(xiàn)代車輛人性化設(shè)計(jì)的理念是車輛被動(dòng)安全技術(shù)得到突破和不斷進(jìn)展的基礎(chǔ)，而高速鐵路和城市軌道交通的繁榮又進(jìn)一步有力地推動(dòng)了軌道車輛被動(dòng)安全設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。 近十年來(lái)，歐美國(guó)家提出的車輛被動(dòng)安全設(shè)計(jì)技術(shù)逐漸成熟并進(jìn)入工程化應(yīng)用階段，根據(jù)被動(dòng)安全設(shè)計(jì)思想研制的耐碰撞車體結(jié)構(gòu)對(duì)乘員生命安全起到較好防護(hù)作用，并已開(kāi)始研究乘員的二次碰撞問(wèn)

2、題，以進(jìn)一步將碰撞事故造成的乘員傷害最小化。我國(guó)目前的研究主要局限于車輛結(jié)構(gòu)變形分析上，對(duì)列車耐撞擊安全未能從系統(tǒng)控制及優(yōu)化的角度進(jìn)行研究，對(duì)城市軌道車輛吸能元件關(guān)注甚少，至于乘員這一安全的主體受撞擊后在車體內(nèi)部的二次碰撞的影響基本沒(méi)有加以考慮?；谶@一現(xiàn)狀，本論文擬運(yùn)用車輛被動(dòng)安全設(shè)計(jì)思想，在上述幾個(gè)方面展開(kāi)列車耐碰撞設(shè)計(jì)研究。 論文首先介紹了“為乘員提供有效安全空間和緩和撞擊載荷”的耐碰撞車體系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想，綜述了耐碰撞車

3、體的性能要求和評(píng)價(jià)指標(biāo)，并以國(guó)外耐碰撞車體為例說(shuō)明了耐碰撞車體設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法。 論文通過(guò)薄壁圓管吸能元件進(jìn)行的實(shí)物碰撞驗(yàn)證性試驗(yàn)與仿真研究，結(jié)果比較表明了兩種方法在圓管試件在結(jié)構(gòu)塑性變形模式、能量吸收以及軸向沖擊力等碰撞性能方面呈現(xiàn)出較好的吻合性，證實(shí)了采用MSC.DYTRAN軟件進(jìn)行非線性有限元仿真的可行性、有效性和經(jīng)濟(jì)性。在此基礎(chǔ)上對(duì)兩種可用于吸能防爬器的圓管和六邊形蜂窩鋁材芯材結(jié)構(gòu)基本吸能元件及其組合結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了能量吸收特

4、性分析與仿真研究，得到了較為合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，并比較了兩種芯材的優(yōu)缺點(diǎn)。 論文對(duì)具有強(qiáng)非線性特征的破裂型吸能結(jié)構(gòu)采用仿真與理論分析相結(jié)合的方法進(jìn)行了吸能特性研究。研究結(jié)果表明：在相同長(zhǎng)度及壁厚條件下，兩種截面構(gòu)件有效變形行程相近，而四邊形截面結(jié)構(gòu)的吸能效果要優(yōu)于六邊形結(jié)構(gòu)。此外，還對(duì)有限元仿真計(jì)算中若干影響參數(shù)進(jìn)行了探討。 論文通過(guò)對(duì)耐碰撞車體模型仿真，分析其結(jié)構(gòu)塑性變形模式、變形區(qū)域、能量吸收和軸向沖擊力等碰撞性能指標(biāo)，

5、設(shè)計(jì)出了較為合理的符合我國(guó)鐵道車輛特點(diǎn)的高速列車耐碰撞車體結(jié)構(gòu)。然后提出了高速客車輕量化車體耐碰撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，并以概念車體模型優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，對(duì)列車耐撞擊車體承載結(jié)構(gòu)的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。 論文采用美國(guó)的沖擊加速度曲線，對(duì)客室的幾種基本的布置進(jìn)行了乘員二次碰撞傷害分析。結(jié)果表明：在空間相對(duì)開(kāi)放的布置中，由于乘員的運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，與客室內(nèi)部的碰撞速度相對(duì)較高，傷害較大；而同向布置的客室內(nèi)，由于空間較小，乘員傷害較小。分析