鐵道車輛結(jié)構(gòu)耐撞性影響因素及優(yōu)化研究.pdf

1、國內(nèi)外頻繁發(fā)生的鐵道車輛碰撞事故造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，給人們帶來了沉重和慘痛的教訓(xùn)，如何減小列車碰撞事故發(fā)生率、提高列車運(yùn)行的安全性和最終實現(xiàn)人員財產(chǎn)安全保護(hù)，已成為現(xiàn)代軌道列車設(shè)計研發(fā)的關(guān)鍵課題之一。本文基于我國軌道交通的迅猛發(fā)展以及全社會對車輛運(yùn)輸安全關(guān)注程度日益增強(qiáng)這一背景，對越來越受到重視的鐵道車輛碰撞被動安全保護(hù)問題進(jìn)行了研究，主要開展的研究內(nèi)容有:
　　 首先對鐵道車輛吸能結(jié)構(gòu)中常用的典型薄壁結(jié)構(gòu)碰撞吸能的

2、影響因素如結(jié)構(gòu)橫截面形狀、結(jié)構(gòu)尺寸、材料特性參數(shù)、結(jié)構(gòu)預(yù)變形、加載方式、碰撞初始動能以及數(shù)值模擬中結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺寸等進(jìn)行了研究，探討不同的影響因素對結(jié)構(gòu)碰撞吸能特性的影響規(guī)律，為選擇合適的影響參數(shù)、提高車輛的耐撞擊性能提供依據(jù)。并通過不斷歸納和總結(jié)影響因素研究結(jié)果獲得了較為一般性的規(guī)律，開發(fā)了吸能結(jié)構(gòu)影響因素和規(guī)律數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)涵蓋了文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)庫、幾何參數(shù)數(shù)據(jù)庫、材料參數(shù)數(shù)據(jù)庫、加載條件數(shù)據(jù)庫、試驗和計算條件數(shù)據(jù)庫等，并以

3、此為參考可方便、快捷地進(jìn)行吸能結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計，加速其在車輛碰撞安全設(shè)計等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　 為了獲得更加理想的鐵道車輛耐撞性吸能結(jié)構(gòu)，借助Kriging代理優(yōu)化模型分別對鐵道車輛中專用吸能結(jié)構(gòu)和承載吸能結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。在專用吸能結(jié)構(gòu)比吸能SEA和比吸能與初始撞擊力峰值之比REAF的優(yōu)化過程中，分別構(gòu)造了結(jié)構(gòu)比吸能SEA和比值REAF關(guān)于設(shè)計參數(shù)的Kriging代理模型，與傳統(tǒng)的響應(yīng)面模型比較，Kriging模型具有較高的擬合精

4、度，最后分別通過直觀分析和遺傳算法整體尋優(yōu)得到了結(jié)構(gòu)最優(yōu)值;在鐵道車輛承載吸能結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，亦分別構(gòu)造了比吸能SEA及比值REAF關(guān)于優(yōu)化參數(shù)的Kriging模型，并結(jié)合遺傳算法整體尋優(yōu)分別得到結(jié)構(gòu)比吸能SEA和比值REAF的最優(yōu)值，結(jié)果表明模型得到比較理想的目標(biāo)響應(yīng)值，最后對比值REAF優(yōu)化前后的車體耐撞擊特性進(jìn)行了對比，該優(yōu)化后的車體耐撞擊性能要優(yōu)于優(yōu)化前的結(jié)構(gòu)。
　　 本文基于列車多體耦合撞擊分析進(jìn)行了多種工況的假人二次

5、撞擊研究:首先建立了整列車多車輛耦合撞擊模型，通過多車輛耦合撞擊分析得到了各節(jié)車輛的速度、加速度、乘員二次撞擊速度等運(yùn)動規(guī)律曲線，然后在Madymo中建立了車體-客室-假人耦合結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)我國傳統(tǒng)客車的客室布置，分別選取了乘員對面有桌子，乘員對面無桌子（對面為椅子）、乘員對面為乘員等工況在列車多體耦合撞擊分析基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次撞擊研究，為車體客室內(nèi)部布置及客室結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)。
　　 研究了乘員二次碰撞損傷程度的影響因素:通過

6、兩種激勵加速度對比分析表明采用AV/ST9001上限值計算的乘員各損傷參數(shù)要比采用Volpe的試驗加速度計算的結(jié)果大;研究了加速度脈沖峰值和脈沖持續(xù)時間對乘員的損傷影響，同時分別研究了客室空間尺寸和結(jié)構(gòu)接觸剛度等對乘員損傷的影響情況以及乘員各碰撞損傷參數(shù)對這些空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的敏感性情況;最后采用Kriging模型構(gòu)造了乘員各損傷參數(shù)對各影響參數(shù)的響應(yīng)曲面，通過整體尋優(yōu)分析得到了車輛客室空間尺寸和內(nèi)部部件接觸剛度最優(yōu)配置，從而通過改善客室結(jié)