轨交车辆碰撞能量管理方案设计及评估研究

摘要

碰撞能量管理(CEM)是车体耐撞性的核心内容，通过对缓冲吸能装置合理的布置，使得缓冲吸能装置可以有序且可控的吸收碰撞能量，以提高车体耐撞性的一种设计方法。这不仅要求在碰撞时车体的结构不被破坏，而且对碰撞加速度的大小进行限制。这能够有效的降低碰撞发生时由于生存空间受到压缩和二次碰撞而导致司乘人员受伤带来的可能性。在轨道交通车辆碰撞能量管理方案设计中，对缓冲吸能装置的研究必不可少，其拟合成的缓冲吸能曲线可以作为碰撞能量管理方案设计的输入，通过仿真分析可以计算出一定碰撞速度下的车体加速度曲线，该曲线可以作为司乘人员被动安全性分析的输入。因此本文将从缓冲吸能装置性能分析、碰撞能量管理方案设计以及乘员碰撞安全性研究等方面对所分析的问题进行研究。具体过程如下:
　　首先，分析速度对缓冲吸能元件吸能的影响。针对缓冲器、压溃管和防爬器等吸能元件进行了分类和简介。研究胶泥缓冲器时主要进行了动静态的仿真和实验工作;压溃管主要是针对扩张式进行了静态和动态的仿真和实验;防爬器则对其主要吸能元件蜂窝块进行了分析。之后将上述吸能装置的动态吸能曲线拟合成一条吸能曲线，作为碰撞能量管理方案设计的输入。
　　其次，对车辆碰撞系统进行一维仿真建模。研究了缓冲器阻抗力计算和碰撞能量管理设计方法，结合上一章节拟合的吸能曲线作为碰撞能量管理设计输入。提出碰撞能量管理设计方法，考虑到列车的载荷和边界条件，对列车碰撞吸能特性以及在碰撞中的力学响应进行分析，包含了车体速度、加速度、界面力、行程等方面。其中加速度为主要考虑的因素，作为下一个章节碰撞安全性分析的输入。
　　最后，分析了发生碰撞时乘员的安全性。首先介绍了乘员二次碰撞使用的HybridⅢ型模型以及乘员损伤判断的依据，结合我国现行的某地体列车尺寸参数建立了乘员二次碰撞的站姿和坐姿模型结构。输入上一章节的加速度曲线进行仿真分析，对乘员二次碰撞伤害情况进行评价。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的目的和意义

1．2 国内外碰撞能量管理研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 国内外假人碰撞研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 列车碰撞仿真分析基础

2．1 引言

2．2 材料应变率

2．2．1 材料模型

2．2．2 材料应变率效应影响

2．3 滤波

2．3．1 滤波原理

2．3．2 滤波方法和参数

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 缓冲器性能分析

3．2．1 缓冲器吸能分析

3．2．2 速度对缓冲器吸能影响分析

3．3 压溃管吸能分析

3．3．1 压溃管吸能原理

3．3．2 速度对压溃管吸能影响分析

3．4 防爬器吸能分析

3．4．1 防爬器吸能原理

3．4．2 速度对防爬器吸能影响分析

3．5 缓冲吸能装置吸能曲线

3．6 本章小结

第4章 碰撞能量管理

4．1 引言

4．2 一维碰撞仿真建模

4．2．1 多体动力学建模

4．2．2 有限元建模

4．3 碰撞能量管理设计方法

4．3．1 缓冲器阻抗力计算分析

4．3．2 碰撞能量管理设计

4．4 案例分析

4．4．1 列车载荷和边界条件

4．4．2 列车吸能特性分析

4．5 本章小结

第5章 乘员碰撞安全性分析

5．1 引言

5．2 乘员二次碰撞假人模型

5．3 乘员损伤判断依据

5．4．1 乘员二次碰撞仿真模型建立

5．4．2 乘员二次碰撞仿真结果分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢