随着地铁在我国越来越多的城市投入运营,其运行安全性也受到了人们的广泛关注。地铁车辆在运行中一旦发生碰撞,将会由于车辆具有的巨大惯性而造成严重的人员伤亡和财产损失,时有发生的碰撞事故在不断提醒人们,开展轨道车辆耐撞性研究已经刻不容缓。为此,本文以GCY470型地铁调车机车为研究对象,采用有限元数值仿真方法对机车的耐碰撞性能进行了分析研究。首先根据车体结构特点,建立了机车碰撞的有限元分析模型,随后利用有限元软件ANSYS 19.0对机车进行三种不同速度的正面碰撞和四种不同部位、不同速度的侧面碰撞仿真模拟,对碰撞过程中车体变形、碰撞界面力、加速度以及能量转换等响应的变化规律进行研究,并提出根据车轮抬升量配合轮对横移量的判断方法对机车的脱轨行为进行分析研究。根据碰撞分析结果,以双层结构薄壁管为基本吸能元件,设计了一种附加式吸能装置,并对装有吸能装置的机车进行了碰撞对比分析。分析结果表明:(1)在正面碰撞中,机车的碰撞响应随碰撞速度的增加而增大,当碰撞速度为25km/h,司机室的最大变形为231mm,碰撞界面力峰值为1754k N,最大碰撞加速度为52084mm/s~2,其车体的最大变形和碰撞加速度均超过了标准要求,司机的人身安全受到了一定威胁;(2)当两机车的司机室部位发生侧面碰撞时,碰撞产生的变形主要出现在被撞击车的司机室侧墙处,当撞击速度为20km/h,其最大变形为31mm,碰撞中两机车分别在255ms和360ms时刻先后发生脱轨行为,其中被撞击车较撞击车先脱轨;(3)当机车侧面撞击另一机车车体中部时,碰撞产生的变形主要出现在被撞击车的中间侧墙处,当撞击速度为20km/h,其最大变形为37mm,碰撞中被撞击车未脱轨,但发生了侧滚运动,侧滚角度最大达到5.7°,撞击车则在275ms时刻发生了脱轨行为;(4)安装吸能装置后,当碰撞速度为25km/h,其吸能装置在碰撞中吸收的能量占机车吸收总能量的76.3%,同时碰撞界面力峰值和最大加速度也较优化前分别降低了20.8%和30.8%,优化后机车的耐撞性能满足标准要求。本文通过有限元数值仿真方法对调车机车的耐碰撞性能进行了分析研究,其研究结果为今后相关机车车体的耐撞性优化设计提供了一定的理论参考。