鐵道車輛結構耐撞性影響因素及優(yōu)化研究.pdf

1、國內外頻繁發(fā)生的鐵道車輛碰撞事故造成了嚴重的人員傷亡和財產損失，給人們帶來了沉重和慘痛的教訓，如何減小列車碰撞事故發(fā)生率、提高列車運行的安全性和最終實現人員財產安全保護，已成為現代軌道列車設計研發(fā)的關鍵課題之一。本文基于我國軌道交通的迅猛發(fā)展以及全社會對車輛運輸安全關注程度日益增強這一背景，對越來越受到重視的鐵道車輛碰撞被動安全保護問題進行了研究，主要開展的研究內容有:
　　 首先對鐵道車輛吸能結構中常用的典型薄壁結構碰撞吸能的

2、影響因素如結構橫截面形狀、結構尺寸、材料特性參數、結構預變形、加載方式、碰撞初始動能以及數值模擬中結構網格尺寸等進行了研究，探討不同的影響因素對結構碰撞吸能特性的影響規(guī)律，為選擇合適的影響參數、提高車輛的耐撞擊性能提供依據。并通過不斷歸納和總結影響因素研究結果獲得了較為一般性的規(guī)律，開發(fā)了吸能結構影響因素和規(guī)律數據庫系統，該系統涵蓋了文獻數據庫、結構形狀數據庫、幾何參數數據庫、材料參數數據庫、加載條件數據庫、試驗和計算條件數據庫等，并以

3、此為參考可方便、快捷地進行吸能結構耐撞性設計，加速其在車輛碰撞安全設計等領域中的應用。
　　 為了獲得更加理想的鐵道車輛耐撞性吸能結構，借助Kriging代理優(yōu)化模型分別對鐵道車輛中專用吸能結構和承載吸能結構進行了優(yōu)化。在專用吸能結構比吸能SEA和比吸能與初始撞擊力峰值之比REAF的優(yōu)化過程中，分別構造了結構比吸能SEA和比值REAF關于設計參數的Kriging代理模型，與傳統的響應面模型比較，Kriging模型具有較高的擬合精

4、度，最后分別通過直觀分析和遺傳算法整體尋優(yōu)得到了結構最優(yōu)值;在鐵道車輛承載吸能結構優(yōu)化過程中，亦分別構造了比吸能SEA及比值REAF關于優(yōu)化參數的Kriging模型，并結合遺傳算法整體尋優(yōu)分別得到結構比吸能SEA和比值REAF的最優(yōu)值，結果表明模型得到比較理想的目標響應值，最后對比值REAF優(yōu)化前后的車體耐撞擊特性進行了對比，該優(yōu)化后的車體耐撞擊性能要優(yōu)于優(yōu)化前的結構。
　　 本文基于列車多體耦合撞擊分析進行了多種工況的假人二次

5、撞擊研究:首先建立了整列車多車輛耦合撞擊模型，通過多車輛耦合撞擊分析得到了各節(jié)車輛的速度、加速度、乘員二次撞擊速度等運動規(guī)律曲線，然后在Madymo中建立了車體-客室-假人耦合結構模型，根據我國傳統客車的客室布置，分別選取了乘員對面有桌子，乘員對面無桌子（對面為椅子）、乘員對面為乘員等工況在列車多體耦合撞擊分析基礎上進行了二次撞擊研究，為車體客室內部布置及客室結構優(yōu)化提供了依據。
　　 研究了乘員二次碰撞損傷程度的影響因素:通過

6、兩種激勵加速度對比分析表明采用AV/ST9001上限值計算的乘員各損傷參數要比采用Volpe的試驗加速度計算的結果大;研究了加速度脈沖峰值和脈沖持續(xù)時間對乘員的損傷影響，同時分別研究了客室空間尺寸和結構接觸剛度等對乘員損傷的影響情況以及乘員各碰撞損傷參數對這些空間結構參數的敏感性情況;最后采用Kriging模型構造了乘員各損傷參數對各影響參數的響應曲面，通過整體尋優(yōu)分析得到了車輛客室空間尺寸和內部部件接觸剛度最優(yōu)配置，從而通過改善客室結