[發明專利]一種列車等效縮模構建方法及列車等效縮模

有效

• 申請號: 201811591809.0
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109657377B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 姚曙光;閆凱波;陸思思;許平;黃啟
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 43114 長沙市融智專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 龔燕妮

本發明公開了一種列車等效縮模構建方法及列車等效縮模，該方法包括獲取列車等效縮模相比于全尺寸列車的各個動力學參數的比例因子；依據列車碰撞過程中的變形吸能特征將列車分為頭車和中間車以及將頭車劃分為變形吸能區和非變形區；基于動力學參數的比例因子對列車等效縮模的頭車、中間車分別進行構建；依據全尺寸列車上相鄰車廂間的連接車鉤的變形吸能特性構建列車等效縮模上相鄰車廂間的吸能導向件，將基于尺寸比例因子計算蜂窩鋁圓柱體的長度；依據連接車鉤的結構尺寸以及變形吸能特性曲線計算所述吸能導向件的截面面積。本發明構建的頭車縮模能保證列車撞擊力和車體剛度相似，精確還原列車碰撞過程，可靠度更高。

技術領域

本發明屬于車輛技術領域，具體涉及一種列車等效縮模構建方法及列車等效縮模。

背景技術

列車碰撞事故造成的重大人員傷亡觸目驚心。與汽車、船舶等交通工具單體撞擊不同，列車由多節車輛編組而成，質量大，運行速度高，沖擊動能遠遠高于汽車碰撞。列車撞擊過程中既有單節車的撞擊破壞問題，又有各車輛之間的耦合互撞等問題。由于碰撞時車輛間耦合作用，碰撞行為演化過程復雜多變，采用數值計算仿真方法，難以精確模擬列車—線路—運行環境構成的非線性系統所產生的復雜動態響應；采用全尺寸車輛實物碰撞及整列車多體碰撞試驗費用巨大，因此，采用列車小尺度等效模型，研究車輛或整列車碰撞力學行為，獲取和優化列車碰撞吸能參數方法，是研制耐沖擊吸能列車的重要手段。

針對現有的列車小尺度等效模型，中南大學姚曙光等人提出了“一種列車等效縮比模型碰撞試驗裝置及方法”，該裝置包括控制系統、測力墻、列車等效縮比模型、驅動車、驅動車發射系統；試驗方法包括將運動等效縮比模型撞擊測力墻或靜止等效縮比模型，通過開展試驗，精確確定影響爬車、跳車、之字形脫軌等成因，降低試驗難度，節約試驗成本。但是其為給出列車等效縮模的具體構建方法；此外，中南大學高廣軍等人提出了“用于碰撞實驗的列車縮比等效模型構建方法及其系統”，基于縮比模型和實際列車撞擊加速度一致性原則，在不考慮阻尼的情況下對動力學方程進行積分換算得到列車質量與撞擊力縮比比例因子以及列車速度與時間的縮比比例因子，根據比例因子制定縮比準則，從而構建縮比模型，縮比車體選用強度高于吸能結構的質量塊制作，縮比吸能結構選用蜂窩鋁或者泡沫鋁制作。然而，其縮比車體選用強度高于吸能結構的質量塊制作，導致列車重心改變以及導致縮比車體質量過大，難以滿足縮比準則；且質量塊車體相對于原車體薄壁結構增加了列車剛度，縮比車體內部結構與實際列車有較大差異，無法保證車體剛度相似，易導致車體動力學響應規律不一致，難以精確模擬列車碰撞動力學響應，無法真實還原列車碰撞過程；此外，未考慮車體外觀的相似性，縮比車體和原車體外觀相差較大，得到的縮模還需要進一步改善。

發明內容

本發明的目的是提供一種列車等效縮模構建方法及列車等效縮模，其將列車分為頭車和中間車，再將頭車分為變形吸能區和非變形區，進而分別進行分區設計。針對變形吸能區的車鉤壓潰管和主吸能裝置采用撞擊力等效縮比，針對非變形區和中間車的承載特性采用剛度等效縮比，建立的列車頭車等效縮模既滿足動力學特性相似關系，也滿足結構相似性，能保證列車撞擊力和車體剛度相似，精確還原列車碰撞過程，得到可靠度更高的列車頭車縮模。此外，本發明設置的吸能導向件在車體碰撞過程中，吸能件被壓縮吸能撞擊能量，同時依托導向桿可以進一步保證相鄰車體在碰撞過程中不會分離，更接近實際車鉤結構，兼備良好的吸能特征和導向性。

一方面，本發明提供的一種列車等效縮模構建方法，包括如下步驟：

S1：獲取列車等效縮模相比于全尺寸列車的各個動力學參數的比例因子；

其中，所述動力學參數的比例因子類型至少包括力比例因子、位移比例因子、尺寸比例因子、剛度比例因子和質量比例因子；

S2：依據列車碰撞過程中的變形吸能特征將列車分為頭車和中間車以及將頭車劃分為變形吸能區和非變形區；

其中，變形吸能區包括頭車吸能裝置和司機室，所述頭車吸能裝置包括車鉤緩沖器、車鉤壓潰管、主吸能裝置，所述非變形區為頭車的載人區；