[發明專利]一種軌道列車碰撞仿真簡化模型的構建方法

在審

• 申請號: 201910054131.0
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109492346A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 姚曙光;朱慧芬;許平;彭勇;魯寨軍;姚松
• 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: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 龔燕妮

本發明公開了一種軌道列車碰撞仿真簡化模型的構建方法，包括：對目標中間車進行響應面劃分；進行碰撞仿真實驗獲取到預設碰撞速度下每個響應面的響應位移和響應力；基于每個區間段的變形量識別每個區間段為塑性變形區間段或為彈性變形區間段以及計算每個彈性變形區間段的剛度，變形量與響應面的響應位移相關，剛度與響應面的響應位移、響應力相關；再構建軌道列車碰撞仿真全模型，并基于計算出的剛度對軌道列車碰撞仿真全模型上所有中間車的彈性變形區間段采用質量點和離散梁單元替代。本發明通過上述方法實現了更合理、準確的簡化。

技術領域

本發明屬于車輛碰撞仿真技術領域，具體涉及一種軌道列車碰撞仿真簡化模型的構建方法。

背景技術

列車碰撞事故將極大地威脅乘客人身安全，造成嚴重的財產損失。故軌道列車耐撞性成為列車安全領域的研究重點。然而實車碰撞實驗需耗費巨大的人力物力財力且實驗的可重復性極低，因此利用仿真技術來進行車輛碰撞研究成為了重要手段，有效的對列車簡化可以提高計算效率，降低計算成本，譬如現有仿真技術一般為基于非線性有限元的數值仿真技術，而多編組列車的有限元模型存在網格數量多的問題，相應將耗費較多的計算成本，因此，簡化列車建模方法對提高計算效率，降低計算成本至關重要。

目前，南京航空航天大學提出了“一種基于參數化設計的整車碰撞仿真方法”專利，采用非線性有限元軟件計算列車吸能元件的撞擊力-沖程并確定吸能裝置的等效總剛度，結合非線性有限元和非線性多體動力學兩種方法進行整車碰撞仿真，但是其主要是針對各個車廂之間的吸能元件，并未揭示或者提供軌道列車車身結構的簡化；中南大學提出了“一種鐵道列車多車輛碰撞仿真的模型簡化方法”專利，采用動態非線性大變形有限元方法對組成整車的頭車和中間車進行簡化，提取單節車輛不發生塑性變形的中間部位并計算出其總質量和中心位置，分別用相應質量點代替，將車體剩余部分的各個節點用梁單元連接；雖然采用質量點和梁單元對模型進行了簡化，但是該技術未提供車體結構等效剛度的實現方案，且同一輛車體各個部分的剛度是存在較大差異，該方案也并未對車體各部分的剛體進行分析，因此模型簡化方法的合理性、有效性和準確性仍有待提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡化更合理、有效以及準確的軌道列車碰撞仿真簡化模型的構建方法，基于剛度差異對列車中間車的變形分析劃分出中間車的彈性變形區，再基于剛度分析對中間車的彈性變形區進行簡化

一種軌道列車碰撞仿真簡化模型的構建方法，包括如下步驟：

S1：構建局部仿真模型，并基于剛度差異對所述局部仿真模型內目標中間車進行響應面劃分；

其中，所述局部仿真模型至少由包含頭車在內的3節車構成，選擇局部仿真模型中一個中間車作為目標中間車；

所述響應面為目標中間車外殼上開口的豎直側邊所在的截面，相鄰兩個響應面之間的結構為中間車的一個區間段；

S2：對所述局部仿真模型在預設碰撞速度下進行碰撞仿真實驗獲取到預設碰撞速度下所述目標中間車上每個響應面的響應位移和響應力；

其中，所述預設碰撞速度至少包含目標碰撞速度，所述目標碰撞速度下車輛彈性變形完全；

S3：基于目標碰撞速度下目標中間車上每個響應面的響應位移計算出每相鄰兩個響應面之間區間段的變形量，再基于每個區間段的變形量識別每個區間段為塑性變形區間段或為彈性變形區間段；

其中，相鄰兩個響應面之間區間段的變形量為所述相鄰兩個響應面的響應位移差值的絕對值；

S4：基于響應位移和響應力計算每個彈性變形區間段的剛度；

彈性變形區間段的剛度等于彈性變形區間段的變形載荷除以變形量，所述變形載荷為彈性變形區間段對應的相鄰兩個響應面的響應力之差的絕對值；