[發明專利]一種列車碰撞能量分配快速分析方法

在審

• 申請號: 202010110905.X
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111353220A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 劉艷文;肖守訥;楊冰;修瑞仙;陽光武;朱濤
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/18
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種列車碰撞能量分配快速分析方法，涉及軌道車輛碰撞被動安全技術領域。通過建模軟件建立車輛等效剛體塊模型，包括車鉤緩沖裝置及吸能單元在內的車輛間吸能元件模型；建立不同類型乘員的等效剛體塊模型；通過建立坐標系將不同類型的乘員等效剛體塊模型與車輛剛體塊模型進行彈性連接；定義分析模型的單元類型、屬性及材料性能，快速分析模型中包括車輛重量信息、車體材料自由度狀態、模型單元信息、列車車輛之間的吸能元件力學特性信息；建立軌道剛體模型、輪軌摩擦力等效模型；建立運動列車、靜止列車碰撞接觸關系；定義運動列車初始碰撞速度和輸出信息，定義分析計算模型各斷面力?時間曲線、力?行程曲線，定義各項能量輸出。

技術領域

本發明涉及軌道車輛碰撞被動安全技術領域。

背景技術

列車被動安全性已經成為現代軌道車輛設計的一個重點和難點，隨著列車運行速度的提高，列車碰撞事故一旦發生后果不堪設想，不但威脅著乘員的生命安全，勢必還會造成巨大的經濟損傷和社會影響。由于列車運行系統的復雜性，即使采用了先進的信號、調度管理及程序化管理等主動安全防護的現代化列車也不能100％避免列車碰撞事故的發生，7.23動車事故就是最好的說明；作為乘員安全保護的最后一道屏障，列車的被動安全性顯得尤為重要。因此，提高列車碰撞被動安全性，保護碰撞事故發生時乘員的生命及財產安全，減少經濟損傷及社會影響是非常有必要進行深入研究的。

列車碰撞被動安全性的好壞是整個列車系統性能的整體體現，通過單車車輛進行研究無法實現。對于一個全新的項目，在方案設計階段，列車碰撞被動安全性的設計關鍵是實現列車編組中各個車輛之間吸能元件及吸能量分布的設計，通常需要進行幾十次甚至上百次的分析計算、優化才能完成。目前，常用的方法有兩種，一種方法是采用三維整列車有限元分析，即建立整列車碰撞有限元模型進行分析，這種方法由于計算規模龐大(計算網格數量通常超過2000萬)，同時受限于計算硬件的限制，通常計算成本很高，而且計算一次的時間很長(采用120核HPC通常計算周期為80小時左右)，對于設計階段需要幾十次甚至上百次的分析計算，顯然這種方法不能滿足設計要求，耽誤設計的進度；另一種方法為一維簡化的能量分配分析方法，近年來由國內外一些主機廠及科研結構提出來的，即車輛結構采用剛體質量塊進行等效，車鉤、防爬器等吸能元件采用梁單元進行等效來實現，這種方法可以實現列車碰撞能量分配的快速分析，但是這種方法無法考慮乘員的影響，實際列車發生碰撞時，列車上肯定存在旅客，同時一些工程項目中明確要求考慮在AW3狀態下列車的碰撞(例如美國洛杉磯地鐵項目R13749)，旅客的質量勢必增加列車的碰撞動能，對列車的碰撞響應產生影響，但由于旅客和車體結構并不是固定連接，相對而言是彈性連接，同時由于旅客的姿勢及位置的不同，乘員的存在對列車的碰撞響應影響較為復雜，而采用目前已有的能量分配分析方法，只能將乘員的質量直接加到車輛的總質量中，相當于乘員直接固連到車體上，這種方法顯然不合理，無疑會加劇列車的碰撞，導致車輛的過設計，在一定程度上誤導設計人員，引起車輛的超重。

發明內容

本發明的目的是提出一種列車碰撞能量分配快速分析方法，它能有效地解決列車被動安全性設計理論支撐的技術問題。

本發明目的是通過以下技術方案來實現的：一種列車碰撞能量分配快速分析方法，包括下列步驟：

步驟一、通過建模軟件建立車輛等效剛體塊模型，包括車鉤緩沖裝置及吸能單元在內的車輛間吸能元件模型，車輛等效剛體塊的質量與實際車輛的質量相同；

步驟二、根據車輛中乘員所在位置、有座或無座的乘員進行分類，建立不同類型乘員的等效剛體塊模型，各乘員的等效剛體塊模型與實際乘員的質量相同；

步驟三、通過建立坐標系，將不同類型的乘員等效剛體塊模型與車輛剛體塊模型進行彈性連接，彈性連接后的整個模型構成考慮乘員影響的列車碰撞能量分配快速分析模型；