论文部分内容阅读
[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.