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[摘 要]随着列车运行速度的提升,轨道车辆的安全性要求也越来越高,列车在运行过程中一旦发生碰撞事故,将会对乘客生命安全构成极大威胁。本文通过模拟车体碰撞过程中的“爬车”现象,对端部结构耐撞性进行研究分析,提高列车的被动安全性能。
[关键词]端部结构;“爬车”;被动安全
中图分类号:U270.12 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)26-0087-01
1 前言
随着列车运行速度的提高,列车安全性问题日益突出,为最大限度的减轻列车碰撞过程中对乘客的伤害,被动安全技术越来越受到列车制造商的重视。
当列车发生爬车现象,前端车辆的底架骑在被撞击列车前端车辆的底架上,或列车内部的车辆之间的车辆骑在相邻车辆上,车辆结构发生严重变形和失效,结构侵入车辆,导致乘客生存空间减小。本文采用不同位置承载来模拟“爬车”现象,说明“爬车”后果的严重性。
2 仿真计算
车辆以一定初速度撞击刚性墙,为了模拟“爬车”现象,刚性墙下端高出车辆地板面高度150mm,碰撞力主要由端墙、侧墙和车顶承受,车体底架结构不直接承受载荷,验证端部结构的耐撞性能,如图1所示。同时为了说明“爬车”的危害性,扩大刚性墙面积,使刚性墙面积大于车辆外轮廓面积,车辆结构整体承载,模拟“未爬车”情形,如图2所示。
2.1 “爬车”模拟结果
碰撞过程中车辆的动能逐渐减小,内能逐渐增大,总能量保持不变。在0.3s时刻,车辆的动能为1.6e4J
碰撞过程中碰撞的峰值力达到了8500kN,随后端部结构进行塑性变形阶段,碰撞力逐渐变小。在0.3s时刻,碰撞力不为0,仍处于接触状态,碰撞过程没有完全结束。
0.3s时刻结构的变形如图3所示,图中所示灰色区域为等效塑性应变超过0.1的区域。从图3可以看出,端墙与车体底架的连接区域已近产生大面积的断裂,车门上角处结构也发生断裂现象,端墙侵入车体,车辆结构的完整性较差。
2.2 “未爬车”模拟结果
碰撞过程中车辆的动能逐渐减小,内能逐渐增大,总能量保持不变。在0.3s时刻,车辆的动能为5.1e4J
碰撞过程中碰撞的峰值力达到了15000kN,随后端部结构进行塑性变形阶段,碰撞力逐渐变小。在0.06s时刻,碰撞过程结束,碰撞力为0,此时车辆动能5.1e4J,车辆被刚性墙弹回。
0.3s时刻结构的变形如图4所示,图中所示灰色区域为等效塑性应变超过0.1的区域。从图4可以看出,端墙与车体底架的连接区域有局部区域发生断裂现象,车门上角处结构也发生局部断裂现象,车辆结构的完整性较好。
3 结果分析
碰撞过程中对乘客造成伤害的形式主要有两种,一种是碰撞过程中承受巨大的加速度或减速度。另一种是机械伤害,主要包括生存空间被压溃、异物侵入和二次碰撞,外部或内部结构直接作用于乘客,造成伤亡。本文仅从生存空间角度考虑“爬车”现象的危害性。
通过上述仿真分析可知,“爬车”过程中车体底架结构不直接参与承载,端部结构刚度小,碰撞过程中,端墙与车体底架连接处发生大面积的断裂,端墙侵入车体,车体结构的完整性较差,乘客生存空间被压溃,容易造成人员伤亡。而“未爬车”碰撞过程中,车体端部结构整体承载,刚度大,碰撞过程中仅有局部小区域产生断裂现象,车体结构完整,乘客所需的生存空间未发生明显压溃,避免乘客在碰撞过程由于生存空间缺失而造成伤亡。
4 结论
本文利用有限元仿真分析方法,通过调整刚性墙区域模拟“爬车”现象,依据仿真计算结果可以得到如下结论:
(1)在一定条件下,当碰撞过程中发生“爬车”现象时,端部结构一定区域发生断裂,车辆的完整性较差,生存空间受到压缩,严重威胁乘客生命安全。
(2)当碰撞过程中未发生“爬车”现象时,车辆的完整性良好,生存空间基本不变,能够有效保护乘客安全。
(3)车辆结构设计时,应考虑列车耐撞性能,合理设置防爬器结构,防止碰撞过程中发生爬车现象。
参考文献
[1] EN15227《铁路车辆车体的防撞性要求》,2008.
[2] EN12663《铁路设施-铁路车辆车身的结构要求第1部分:机车和客运车辆》,2010.
[关键词]端部结构;“爬车”;被动安全
中图分类号:U270.12 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)26-0087-01
1 前言
随着列车运行速度的提高,列车安全性问题日益突出,为最大限度的减轻列车碰撞过程中对乘客的伤害,被动安全技术越来越受到列车制造商的重视。
当列车发生爬车现象,前端车辆的底架骑在被撞击列车前端车辆的底架上,或列车内部的车辆之间的车辆骑在相邻车辆上,车辆结构发生严重变形和失效,结构侵入车辆,导致乘客生存空间减小。本文采用不同位置承载来模拟“爬车”现象,说明“爬车”后果的严重性。
2 仿真计算
车辆以一定初速度撞击刚性墙,为了模拟“爬车”现象,刚性墙下端高出车辆地板面高度150mm,碰撞力主要由端墙、侧墙和车顶承受,车体底架结构不直接承受载荷,验证端部结构的耐撞性能,如图1所示。同时为了说明“爬车”的危害性,扩大刚性墙面积,使刚性墙面积大于车辆外轮廓面积,车辆结构整体承载,模拟“未爬车”情形,如图2所示。
2.1 “爬车”模拟结果
碰撞过程中车辆的动能逐渐减小,内能逐渐增大,总能量保持不变。在0.3s时刻,车辆的动能为1.6e4J
碰撞过程中碰撞的峰值力达到了8500kN,随后端部结构进行塑性变形阶段,碰撞力逐渐变小。在0.3s时刻,碰撞力不为0,仍处于接触状态,碰撞过程没有完全结束。
0.3s时刻结构的变形如图3所示,图中所示灰色区域为等效塑性应变超过0.1的区域。从图3可以看出,端墙与车体底架的连接区域已近产生大面积的断裂,车门上角处结构也发生断裂现象,端墙侵入车体,车辆结构的完整性较差。
2.2 “未爬车”模拟结果
碰撞过程中车辆的动能逐渐减小,内能逐渐增大,总能量保持不变。在0.3s时刻,车辆的动能为5.1e4J
碰撞过程中碰撞的峰值力达到了15000kN,随后端部结构进行塑性变形阶段,碰撞力逐渐变小。在0.06s时刻,碰撞过程结束,碰撞力为0,此时车辆动能5.1e4J,车辆被刚性墙弹回。
0.3s时刻结构的变形如图4所示,图中所示灰色区域为等效塑性应变超过0.1的区域。从图4可以看出,端墙与车体底架的连接区域有局部区域发生断裂现象,车门上角处结构也发生局部断裂现象,车辆结构的完整性较好。
3 结果分析
碰撞过程中对乘客造成伤害的形式主要有两种,一种是碰撞过程中承受巨大的加速度或减速度。另一种是机械伤害,主要包括生存空间被压溃、异物侵入和二次碰撞,外部或内部结构直接作用于乘客,造成伤亡。本文仅从生存空间角度考虑“爬车”现象的危害性。
通过上述仿真分析可知,“爬车”过程中车体底架结构不直接参与承载,端部结构刚度小,碰撞过程中,端墙与车体底架连接处发生大面积的断裂,端墙侵入车体,车体结构的完整性较差,乘客生存空间被压溃,容易造成人员伤亡。而“未爬车”碰撞过程中,车体端部结构整体承载,刚度大,碰撞过程中仅有局部小区域产生断裂现象,车体结构完整,乘客所需的生存空间未发生明显压溃,避免乘客在碰撞过程由于生存空间缺失而造成伤亡。
4 结论
本文利用有限元仿真分析方法,通过调整刚性墙区域模拟“爬车”现象,依据仿真计算结果可以得到如下结论:
(1)在一定条件下,当碰撞过程中发生“爬车”现象时,端部结构一定区域发生断裂,车辆的完整性较差,生存空间受到压缩,严重威胁乘客生命安全。
(2)当碰撞过程中未发生“爬车”现象时,车辆的完整性良好,生存空间基本不变,能够有效保护乘客安全。
(3)车辆结构设计时,应考虑列车耐撞性能,合理设置防爬器结构,防止碰撞过程中发生爬车现象。
参考文献
[1] EN15227《铁路车辆车体的防撞性要求》,2008.
[2] EN12663《铁路设施-铁路车辆车身的结构要求第1部分:机车和客运车辆》,2010.