基于列车碰撞动力学的纵向碰撞建模及能量管理研究

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轨道交通已日益发展壮大,承担着货物与人口运输的重任。快捷高效的同时,大家越来越关注轨道列车的碰撞安全性。本论文基于碰撞动力学理论对列车进行了碰撞仿真,验证了动力学仿真方法模拟列车纵向碰撞的可行性;并基于验证后的动力学仿真方法,对列车不同的能量配置进行快速评估,选择最优能量配置方案;这对优化列车结构参数,提高列车的被动安全性提供了一定的理论指导,在工程应用上具有重要的意义。首先,根据钩缓装置、吸能装置以及端部结构的力学特性建立准确的数学模型;以某列车为研究对象,推导了列车的运动微分方程,建立了列车的纵向碰撞动力学模型;并采用newmark-β法对动力学方程组进行求解,在matlab环境中编制程序实现列车纵向碰撞的动力学仿真过程。然后,为了验证列车纵向碰撞动力学仿真的准确性,分别详细建立了某列车的纵向和三维碰撞有限元模型;进行求解计算之后,将三种仿真结果进行对比,其结果表明:三种仿真结果中各碰撞响应参数具有相同的趋势,各位置处的变形量和吸能量具有较好的一致性,可用纵向碰撞动力学仿真代替三维碰撞有限元仿真进行列车碰撞仿真研究;加之动力学仿真计算时间远小于有限元仿真,因此列车纵向碰撞动力学仿真是列车碰撞仿真研究行之有效的方法。最后,基于碰撞理论和碰撞能量管理思想,结合列车实际情况,为该列车制定了15种能量配置方案;以最大平均加速度和能量利用率为评判标准,通过动力学仿真计算,得到列车碰撞的最优能量配置方案;最终以最优能量配置方案的列车再次进行三维碰撞仿真分析,计算结果显示最大平均加速度和能量利用率与动力学仿真结果相差较小,一致性较好,再次验证了动力学仿真的准确性。
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