随着我国铁路运行里程的不断增加和列车运行速度的不断提高,人们对于铁路运行安全性的关注度越来越高,在轨道车辆结构设计过程中进行车辆被动安全防护技术的研究变的至关重要。本文在总结国内外有关机车车辆被动安全防护技术研究方法和成果的基础上,确定采用显式有限元数值模拟方法开展有关机车车辆耐碰撞性能的研究工作。本文首先系统阐述了机车车辆显式有限元计算方法的相关理论,从碰撞问题基本控制方程出发,把握问题的物理原理。着重介绍了显式积分算法步长的概念和控制方法、接触算法理论以及滑动界面能为负等常见问题的处理方法。基本吸能元件是机车车辆防碰撞吸能系统中的重要组成部分,高比吸能、低初始峰值载荷的薄壁金属管结构有助于提高车辆耐碰撞性能。本文在对大量基本吸能元件研究的基础上提出一种多层嵌套薄壁吸能结构,并采用LS-DYNA显式有限元软件对其防碰撞性能进行了仿真分析。在相同条件下,将其吸能特性指标与传统薄壁吸能结构进行了对比研究,指出其在耐碰撞性能方面的优越性。建立合理有效的列车碰撞仿真有限元模型是采用数值模拟方法计算列车耐碰撞性能过程中最基本和最关键的步骤。本文详细考虑了某动力集中型动车组车体、钩缓装置、防爬器装置以及转向架等结构的实际连接关系和工作原理,本着兼顾计算效率和计算精度的原则,在HyperMesh前处理软件中建立了精确可靠的整车碰撞有限元模型。基于EN15227标准和列车实际运行特点,确定六种典型碰撞场景,采用LS-DYNA显式有限元软件对该动力集中型动车组在给定工况下进行耐碰撞性能仿真研究,分析了钩缓装置和防爬器装置等主要缓冲吸能部件的作用,同时验证了所建立的列车碰撞有限元模型的合理性和准确性。