地鐵車輛耐撞性分析及多級能量吸收系統的驗證

牛超　邵微　陳秉智

摘要：為研究地鐵頭車的耐撞性及其多級能量吸收系統設計的合理性，建立能夠反映真實情況的頭車用半自動車鉤及其剪切裝置模型.利用PAMCRASH軟件，參考EN 15227標準，設定模擬運營工況，計算頭車與剛性墻撞擊工況，得到該車吸能結構的變形模式和最大吸能量；然后計算兩頭車對撞工況，從逃生空間、撞擊力和加速度等方面評價車體的耐撞擊性.計算結果表明該地鐵頭車耐撞擊性能良好，多級能量吸收系統設計合理.

關鍵詞：地鐵； 多級能量吸收系統； 車鉤； 剪切裝置； 碰撞仿真； 變形模式

中圖分類號： U270.2； TB115.1

文獻標志碼：B

0 引 言

隨著城市化進程的加快和人口的急劇增加，交通擁堵已經成為各大城市亟待解決的問題.修建地鐵是減輕地面交通壓力、緩解擁堵的好方法之一，因此許多城市都在大力發展地鐵.盡管地鐵有許多的優點，但由于其運量大、運行速度快，一旦發生碰撞和追尾等事故，將會造成大量的人員傷亡和經濟損失，后果非常嚴重，因此其安全性顯得尤為重要.[1]

地鐵車輛主要依靠主動控制的方式避免行車事故的發生，但是僅依靠主動控制并不能完全避免碰撞事故的發生，因此需要對車身進行防撞設計，使其結構以可控的方式發生變形，吸收碰撞中的能量，以保護司機和乘客的安全.目前，計算機仿真已經成為研究大變形碰撞的主要方法，這給本文研究提供思想和平臺，即：通過計算機仿真分析，評價車輛的耐撞擊性能.

以某地鐵車為研究對象，參考歐洲標準委員會頒布的EN 15227標準，對其進行碰撞仿真分析，評價其碰撞安全性是否符合標準的要求，并驗證其多級能量吸收系統設計的合理性.

4 結 論

通過以上分析，可以得出如下結論：

（1）基于建立的頭車用半自動車鉤及剪切裝置模型進行碰撞分析，結果表明，其撞擊性能與工廠提供的數據符合得很好，驗證模擬的精確性.此模型可以在今后研究頭車碰撞問題時廣泛應用.

（2）對車體的多級能量吸收系統進行驗證，其變形順序和能量吸收都能滿足要求，可見該車多級能量吸收系統設計合理.

（3）對車體的碰撞安全性進行評價，逃生空間沒有發生變形，吸能結構逐級吸收撞擊能量，最大撞擊力只有1 400 kN，逃生空間平均縱向加速度滿足標準要求.因此，該車耐撞擊性能良好，能夠保證司機和乘客的安全，也為工廠設計人員提供參考.

參考文獻：

[1] 楊慧芳. CRH3動車組被動安全性和耐撞性優化研究[D]. 大連： 大連交通大學， 2009.

[2] 李蘭， 劉金朝， 王成國， 等. 城軌車輛耐碰撞結構的數字設計研究[J]. 鐵道機車車輛， 2008， 28（2）： 28-32.

LI Lan， LIU Jinzhao， WANG Chengguo， et al. Numerical study on crashworthy structure for urban rail vehicle[J]. Railway Locomotive & Car， 2008， 28（2）： 28-32.

[3] LU G. 耐碰撞車輛的能量吸收要求[J]. 國外鐵道車輛， 2006， 43（3）： 8-13.

LU G. Energy absorption requirement for crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2006， 43（3）： 8-13.

[4] 張樂樂， 張嘯雨， 崔進， 等. 地鐵頭車車體耐撞性仿真分析[J]. 鐵道學報， 2012， 34（3）： 22-27.

ZHANG Lele， ZHANG Xiaoyu， CUI Jin， et al. Numerical analysis on crashworthiness of subway head car body[J]. J China Railway Soc， 2012， 34（3）： 22-27.

[5] LU G. 耐碰撞車輛的撞擊性能[J]. 國外鐵道車輛， 2005， 42（5）： 26-34.

LU G. Collision behaviour of crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2005， 42（5）： 26-34.

（編輯 于杰）

摘要：為研究地鐵頭車的耐撞性及其多級能量吸收系統設計的合理性，建立能夠反映真實情況的頭車用半自動車鉤及其剪切裝置模型.利用PAMCRASH軟件，參考EN 15227標準，設定模擬運營工況，計算頭車與剛性墻撞擊工況，得到該車吸能結構的變形模式和最大吸能量；然后計算兩頭車對撞工況，從逃生空間、撞擊力和加速度等方面評價車體的耐撞擊性.計算結果表明該地鐵頭車耐撞擊性能良好，多級能量吸收系統設計合理.

關鍵詞：地鐵； 多級能量吸收系統； 車鉤； 剪切裝置； 碰撞仿真； 變形模式

中圖分類號： U270.2； TB115.1

文獻標志碼：B

0 引 言

隨著城市化進程的加快和人口的急劇增加，交通擁堵已經成為各大城市亟待解決的問題.修建地鐵是減輕地面交通壓力、緩解擁堵的好方法之一，因此許多城市都在大力發展地鐵.盡管地鐵有許多的優點，但由于其運量大、運行速度快，一旦發生碰撞和追尾等事故，將會造成大量的人員傷亡和經濟損失，后果非常嚴重，因此其安全性顯得尤為重要.[1]

地鐵車輛主要依靠主動控制的方式避免行車事故的發生，但是僅依靠主動控制并不能完全避免碰撞事故的發生，因此需要對車身進行防撞設計，使其結構以可控的方式發生變形，吸收碰撞中的能量，以保護司機和乘客的安全.目前，計算機仿真已經成為研究大變形碰撞的主要方法，這給本文研究提供思想和平臺，即：通過計算機仿真分析，評價車輛的耐撞擊性能.

以某地鐵車為研究對象，參考歐洲標準委員會頒布的EN 15227標準，對其進行碰撞仿真分析，評價其碰撞安全性是否符合標準的要求，并驗證其多級能量吸收系統設計的合理性.

4 結 論

通過以上分析，可以得出如下結論：

（1）基于建立的頭車用半自動車鉤及剪切裝置模型進行碰撞分析，結果表明，其撞擊性能與工廠提供的數據符合得很好，驗證模擬的精確性.此模型可以在今后研究頭車碰撞問題時廣泛應用.

（2）對車體的多級能量吸收系統進行驗證，其變形順序和能量吸收都能滿足要求，可見該車多級能量吸收系統設計合理.

（3）對車體的碰撞安全性進行評價，逃生空間沒有發生變形，吸能結構逐級吸收撞擊能量，最大撞擊力只有1 400 kN，逃生空間平均縱向加速度滿足標準要求.因此，該車耐撞擊性能良好，能夠保證司機和乘客的安全，也為工廠設計人員提供參考.

參考文獻：

[1] 楊慧芳. CRH3動車組被動安全性和耐撞性優化研究[D]. 大連： 大連交通大學， 2009.

[2] 李蘭， 劉金朝， 王成國， 等. 城軌車輛耐碰撞結構的數字設計研究[J]. 鐵道機車車輛， 2008， 28（2）： 28-32.

LI Lan， LIU Jinzhao， WANG Chengguo， et al. Numerical study on crashworthy structure for urban rail vehicle[J]. Railway Locomotive & Car， 2008， 28（2）： 28-32.

[3] LU G. 耐碰撞車輛的能量吸收要求[J]. 國外鐵道車輛， 2006， 43（3）： 8-13.

LU G. Energy absorption requirement for crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2006， 43（3）： 8-13.

[4] 張樂樂， 張嘯雨， 崔進， 等. 地鐵頭車車體耐撞性仿真分析[J]. 鐵道學報， 2012， 34（3）： 22-27.

ZHANG Lele， ZHANG Xiaoyu， CUI Jin， et al. Numerical analysis on crashworthiness of subway head car body[J]. J China Railway Soc， 2012， 34（3）： 22-27.

[5] LU G. 耐碰撞車輛的撞擊性能[J]. 國外鐵道車輛， 2005， 42（5）： 26-34.

LU G. Collision behaviour of crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2005， 42（5）： 26-34.

（編輯 于杰）

摘要：為研究地鐵頭車的耐撞性及其多級能量吸收系統設計的合理性，建立能夠反映真實情況的頭車用半自動車鉤及其剪切裝置模型.利用PAMCRASH軟件，參考EN 15227標準，設定模擬運營工況，計算頭車與剛性墻撞擊工況，得到該車吸能結構的變形模式和最大吸能量；然后計算兩頭車對撞工況，從逃生空間、撞擊力和加速度等方面評價車體的耐撞擊性.計算結果表明該地鐵頭車耐撞擊性能良好，多級能量吸收系統設計合理.

關鍵詞：地鐵； 多級能量吸收系統； 車鉤； 剪切裝置； 碰撞仿真； 變形模式

中圖分類號： U270.2； TB115.1

文獻標志碼：B

0 引 言

隨著城市化進程的加快和人口的急劇增加，交通擁堵已經成為各大城市亟待解決的問題.修建地鐵是減輕地面交通壓力、緩解擁堵的好方法之一，因此許多城市都在大力發展地鐵.盡管地鐵有許多的優點，但由于其運量大、運行速度快，一旦發生碰撞和追尾等事故，將會造成大量的人員傷亡和經濟損失，后果非常嚴重，因此其安全性顯得尤為重要.[1]

地鐵車輛主要依靠主動控制的方式避免行車事故的發生，但是僅依靠主動控制并不能完全避免碰撞事故的發生，因此需要對車身進行防撞設計，使其結構以可控的方式發生變形，吸收碰撞中的能量，以保護司機和乘客的安全.目前，計算機仿真已經成為研究大變形碰撞的主要方法，這給本文研究提供思想和平臺，即：通過計算機仿真分析，評價車輛的耐撞擊性能.

以某地鐵車為研究對象，參考歐洲標準委員會頒布的EN 15227標準，對其進行碰撞仿真分析，評價其碰撞安全性是否符合標準的要求，并驗證其多級能量吸收系統設計的合理性.

4 結 論

通過以上分析，可以得出如下結論：

（1）基于建立的頭車用半自動車鉤及剪切裝置模型進行碰撞分析，結果表明，其撞擊性能與工廠提供的數據符合得很好，驗證模擬的精確性.此模型可以在今后研究頭車碰撞問題時廣泛應用.

（2）對車體的多級能量吸收系統進行驗證，其變形順序和能量吸收都能滿足要求，可見該車多級能量吸收系統設計合理.

（3）對車體的碰撞安全性進行評價，逃生空間沒有發生變形，吸能結構逐級吸收撞擊能量，最大撞擊力只有1 400 kN，逃生空間平均縱向加速度滿足標準要求.因此，該車耐撞擊性能良好，能夠保證司機和乘客的安全，也為工廠設計人員提供參考.

參考文獻：

[1] 楊慧芳. CRH3動車組被動安全性和耐撞性優化研究[D]. 大連： 大連交通大學， 2009.

[2] 李蘭， 劉金朝， 王成國， 等. 城軌車輛耐碰撞結構的數字設計研究[J]. 鐵道機車車輛， 2008， 28（2）： 28-32.

LI Lan， LIU Jinzhao， WANG Chengguo， et al. Numerical study on crashworthy structure for urban rail vehicle[J]. Railway Locomotive & Car， 2008， 28（2）： 28-32.

[3] LU G. 耐碰撞車輛的能量吸收要求[J]. 國外鐵道車輛， 2006， 43（3）： 8-13.

LU G. Energy absorption requirement for crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2006， 43（3）： 8-13.

[4] 張樂樂， 張嘯雨， 崔進， 等. 地鐵頭車車體耐撞性仿真分析[J]. 鐵道學報， 2012， 34（3）： 22-27.

ZHANG Lele， ZHANG Xiaoyu， CUI Jin， et al. Numerical analysis on crashworthiness of subway head car body[J]. J China Railway Soc， 2012， 34（3）： 22-27.

[5] LU G. 耐碰撞車輛的撞擊性能[J]. 國外鐵道車輛， 2005， 42（5）： 26-34.

LU G. Collision behaviour of crashworthy vehicles[J]. Foreign Rolling Stock， 2005， 42（5）： 26-34.

（編輯 于杰）