地铁车辆耐撞性分析及多级能量吸收系统的验证

牛超　邵微　陈秉智

摘要：为研究地铁头车的耐撞性及其多级能量吸收系统设计的合理性，建立能够反映真实情况的头车用半自动车钩及其剪切装置模型.利用PAMCRASH软件，参考EN 15227标准，设定模拟运营工况，计算头车与刚性墙撞击工况，得到该车吸能结构的变形模式和最大吸能量；然后计算两头车对撞工况，从逃生空间、撞击力和加速度等方面评价车体的耐撞击性.计算结果表明该地铁头车耐撞击性能良好，多级能量吸收系统设计合理.

关键词：地铁； 多级能量吸收系统； 车钩； 剪切装置； 碰撞仿真； 变形模式

中图分类号： U270.2； TB115.1

文献标志码：B

0 引 言

随着城市化进程的加快和人口的急剧增加，交通拥堵已经成为各大城市亟待解决的问题.修建地铁是减轻地面交通压力、缓解拥堵的好方法之一，因此许多城市都在大力发展地铁.尽管地铁有许多的优点，但由于其运量大、运行速度快，一旦发生碰撞和追尾等事故，将会造成大量的人员伤亡和经济损失，后果非常严重，因此其安全性显得尤为重要.[1]

地铁车辆主要依靠主动控制的方式避免行车事故的发生，但是仅依靠主动控制并不能完全避免碰撞事故的发生，因此需要对车身进行防撞设计，使其结构以可控的方式发生变形，吸收碰撞中的能量，以保护司机和乘客的安全.目前，计算机仿真已经成为研究大变形碰撞的主要方法，这给本文研究提供思想和平台，即：通过计算机仿真分析，评价车辆的耐撞击性能.

以某地铁车为研究对象，参考欧洲标准委员会颁布的EN 15227标准，对其进行碰撞仿真分析，评价其碰撞安全性是否符合标准的要求，并验证其多级能量吸收系统设计的合理性.

4 结 论

通过以上分析，可以得出如下结论：

（1）基于建立的头车用半自动车钩及剪切装置模型进行碰撞分析，结果表明，其撞击性能与工厂提供的数据符合得很好，验证模拟的精确性.此模型可以在今后研究头车碰撞问题时广泛应用.

（2）对车体的多级能量吸收系统进行验证，其变形顺序和能量吸收都能满足要求，可见该车多级能量吸收系统设计合理.

（3）对车体的碰撞安全性进行评价，逃生空间没有发生变形，吸能结构逐级吸收撞击能量，最大撞击力只有1 400 kN，逃生空间平均纵向加速度满足标准要求.因此，该车耐撞击性能良好，能够保证司机和乘客的安全，也为工厂设计人员提供参考.

参考文献：

[1] 杨慧芳. CRH3动车组被动安全性和耐撞性优化研究[D]. 大连： 大连交通大学， 2009.

[2] 李兰， 刘金朝， 王成国， 等. 城轨车辆耐碰撞结构的数字设计研究[J]. 铁道机车车辆， 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. 耐碰撞车辆的能量吸收要求[J]. 国外铁道车辆， 2006， 43（3）： 8-13.

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

[4] 张乐乐， 张啸雨， 崔进， 等. 地铁头车车体耐撞性仿真分析[J]. 铁道学报， 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. 耐碰撞车辆的撞击性能[J]. 国外铁道车辆， 2005， 42（5）： 26-34.

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

（编辑 于杰）

摘要：为研究地铁头车的耐撞性及其多级能量吸收系统设计的合理性，建立能够反映真实情况的头车用半自动车钩及其剪切装置模型.利用PAMCRASH软件，参考EN 15227标准，设定模拟运营工况，计算头车与刚性墙撞击工况，得到该车吸能结构的变形模式和最大吸能量；然后计算两头车对撞工况，从逃生空间、撞击力和加速度等方面评价车体的耐撞击性.计算结果表明该地铁头车耐撞击性能良好，多级能量吸收系统设计合理.

关键词：地铁； 多级能量吸收系统； 车钩； 剪切装置； 碰撞仿真； 变形模式

中图分类号： U270.2； TB115.1

文献标志码：B

0 引 言

随着城市化进程的加快和人口的急剧增加，交通拥堵已经成为各大城市亟待解决的问题.修建地铁是减轻地面交通压力、缓解拥堵的好方法之一，因此许多城市都在大力发展地铁.尽管地铁有许多的优点，但由于其运量大、运行速度快，一旦发生碰撞和追尾等事故，将会造成大量的人员伤亡和经济损失，后果非常严重，因此其安全性显得尤为重要.[1]

地铁车辆主要依靠主动控制的方式避免行车事故的发生，但是仅依靠主动控制并不能完全避免碰撞事故的发生，因此需要对车身进行防撞设计，使其结构以可控的方式发生变形，吸收碰撞中的能量，以保护司机和乘客的安全.目前，计算机仿真已经成为研究大变形碰撞的主要方法，这给本文研究提供思想和平台，即：通过计算机仿真分析，评价车辆的耐撞击性能.

以某地铁车为研究对象，参考欧洲标准委员会颁布的EN 15227标准，对其进行碰撞仿真分析，评价其碰撞安全性是否符合标准的要求，并验证其多级能量吸收系统设计的合理性.

4 结 论

通过以上分析，可以得出如下结论：

（1）基于建立的头车用半自动车钩及剪切装置模型进行碰撞分析，结果表明，其撞击性能与工厂提供的数据符合得很好，验证模拟的精确性.此模型可以在今后研究头车碰撞问题时广泛应用.

（2）对车体的多级能量吸收系统进行验证，其变形顺序和能量吸收都能满足要求，可见该车多级能量吸收系统设计合理.

（3）对车体的碰撞安全性进行评价，逃生空间没有发生变形，吸能结构逐级吸收撞击能量，最大撞击力只有1 400 kN，逃生空间平均纵向加速度满足标准要求.因此，该车耐撞击性能良好，能够保证司机和乘客的安全，也为工厂设计人员提供参考.

参考文献：

[1] 杨慧芳. CRH3动车组被动安全性和耐撞性优化研究[D]. 大连： 大连交通大学， 2009.

[2] 李兰， 刘金朝， 王成国， 等. 城轨车辆耐碰撞结构的数字设计研究[J]. 铁道机车车辆， 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. 耐碰撞车辆的能量吸收要求[J]. 国外铁道车辆， 2006， 43（3）： 8-13.

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

[4] 张乐乐， 张啸雨， 崔进， 等. 地铁头车车体耐撞性仿真分析[J]. 铁道学报， 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. 耐碰撞车辆的撞击性能[J]. 国外铁道车辆， 2005， 42（5）： 26-34.

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

（编辑 于杰）

摘要：为研究地铁头车的耐撞性及其多级能量吸收系统设计的合理性，建立能够反映真实情况的头车用半自动车钩及其剪切装置模型.利用PAMCRASH软件，参考EN 15227标准，设定模拟运营工况，计算头车与刚性墙撞击工况，得到该车吸能结构的变形模式和最大吸能量；然后计算两头车对撞工况，从逃生空间、撞击力和加速度等方面评价车体的耐撞击性.计算结果表明该地铁头车耐撞击性能良好，多级能量吸收系统设计合理.

关键词：地铁； 多级能量吸收系统； 车钩； 剪切装置； 碰撞仿真； 变形模式

中图分类号： U270.2； TB115.1

文献标志码：B

0 引 言

随着城市化进程的加快和人口的急剧增加，交通拥堵已经成为各大城市亟待解决的问题.修建地铁是减轻地面交通压力、缓解拥堵的好方法之一，因此许多城市都在大力发展地铁.尽管地铁有许多的优点，但由于其运量大、运行速度快，一旦发生碰撞和追尾等事故，将会造成大量的人员伤亡和经济损失，后果非常严重，因此其安全性显得尤为重要.[1]

地铁车辆主要依靠主动控制的方式避免行车事故的发生，但是仅依靠主动控制并不能完全避免碰撞事故的发生，因此需要对车身进行防撞设计，使其结构以可控的方式发生变形，吸收碰撞中的能量，以保护司机和乘客的安全.目前，计算机仿真已经成为研究大变形碰撞的主要方法，这给本文研究提供思想和平台，即：通过计算机仿真分析，评价车辆的耐撞击性能.

以某地铁车为研究对象，参考欧洲标准委员会颁布的EN 15227标准，对其进行碰撞仿真分析，评价其碰撞安全性是否符合标准的要求，并验证其多级能量吸收系统设计的合理性.

4 结 论

通过以上分析，可以得出如下结论：

（1）基于建立的头车用半自动车钩及剪切装置模型进行碰撞分析，结果表明，其撞击性能与工厂提供的数据符合得很好，验证模拟的精确性.此模型可以在今后研究头车碰撞问题时广泛应用.

（2）对车体的多级能量吸收系统进行验证，其变形顺序和能量吸收都能满足要求，可见该车多级能量吸收系统设计合理.

（3）对车体的碰撞安全性进行评价，逃生空间没有发生变形，吸能结构逐级吸收撞击能量，最大撞击力只有1 400 kN，逃生空间平均纵向加速度满足标准要求.因此，该车耐撞击性能良好，能够保证司机和乘客的安全，也为工厂设计人员提供参考.

参考文献：

[1] 杨慧芳. CRH3动车组被动安全性和耐撞性优化研究[D]. 大连： 大连交通大学， 2009.

[2] 李兰， 刘金朝， 王成国， 等. 城轨车辆耐碰撞结构的数字设计研究[J]. 铁道机车车辆， 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. 耐碰撞车辆的能量吸收要求[J]. 国外铁道车辆， 2006， 43（3）： 8-13.

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

[4] 张乐乐， 张啸雨， 崔进， 等. 地铁头车车体耐撞性仿真分析[J]. 铁道学报， 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. 耐碰撞车辆的撞击性能[J]. 国外铁道车辆， 2005， 42（5）： 26-34.

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

（编辑 于杰）