[發(fā)明專利]一種基于人體損傷變摩擦的列車地板設計方法

在審

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• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112100875A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 許平;許拓;徐忠宣;張方濤;邢杰
• 申請（專利權）人: 中南大學;中車青島四方機車車輛股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

本發(fā)明提供一種基于人體損傷變摩擦的列車地板設計方法，其包括：確定碰撞場景區(qū)域以及研究對象；構建耦合多剛體模型并設定人體碰撞邊界條件，再進行數(shù)值仿真得到各個碰撞場景區(qū)域內(nèi)碰撞前乘員的碰撞運動參數(shù)；構建研究部位?地板耦合有限元模型，并進行仿真計算得到乘員研究部位的損傷指標；其中，改變地板摩擦系數(shù)，并分別執(zhí)行上述步驟得到在不同地板摩擦系數(shù)下各個碰撞場景區(qū)域內(nèi)各類研究對象研究部位的損傷指標；基于損傷指標確定各個碰撞場景區(qū)域的區(qū)域最優(yōu)摩擦系數(shù)。本發(fā)明設計出的地板考慮到地板摩擦系數(shù)在二次碰撞中對人體損傷程度的影響，進而得到各個區(qū)域最優(yōu)摩擦系數(shù)，大大減輕碰撞過程中的人體損傷。

技術領域

本發(fā)明屬于列車碰撞技術領域，尤其是涉及一種基于人體損傷變摩擦的列車地板設計方法。

背景技術

現(xiàn)代列車安全保障水平已有大幅度提升，但碰撞事故仍無法完全避免，具不完全統(tǒng)計，僅21世紀，世界各地發(fā)生多起列車碰撞事故。一旦發(fā)生碰撞事故，將造成巨大人員傷亡。一般來說，列車安全問題可以分為兩類：主動安全和被動安全。主動安全是指，在車輛上安裝各種預警裝置，讓人們提前發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，將列車碰撞事故的可能性降到最低；被動安全是指在發(fā)生事故時最大限度地保護乘員不受傷害，根本上來說就是保障碰撞乘員安全問題，主要又分為一次碰撞損傷(碰撞事故發(fā)生后，碰撞產(chǎn)生的加速度本身已經(jīng)超出了人體的耐受極限)和二次碰撞損傷(碰撞事故發(fā)生后，車體的減速度造成乘員與車體內(nèi)飾或其他乘員發(fā)生撞擊)。

在碰撞中造成乘員傷亡的原因主要有兩個：一是由于車輛結構完整性的破壞、客室變形、乘員生存空間被擠壓、碰撞過程中被拋出車廂；另一個是乘員與車輛內(nèi)飾的二次碰撞或與約束系統(tǒng)的相互作用造成的損壞。乘員二次碰撞是指在碰撞過程中，乘員繼續(xù)以一定速度與列車內(nèi)飾之間發(fā)生碰撞而造成的損傷。研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)對乘員的傷害是由于乘員與其他物體之間的二次碰撞造成的，而影響乘員二次碰撞的因素眾多，地板摩擦系數(shù)是其中關鍵因素之一。

目前關于列車地板設計，主要考慮其承載能力、結構設計、隔熱隔聲能力、使用壽命、舒適性需求、清潔維護等因素，并未考慮碰撞中乘員被動安全，因此列車地板并不具備碰撞事故中保護乘員能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于人體損傷變摩擦的列車地板設計方法，設計出的地板從生物力學角度出發(fā)，考慮到地板摩擦系數(shù)在二次碰撞中對人體損傷程度的影響，獲取到列車不同區(qū)域的最優(yōu)摩擦系數(shù)，進而選擇對應的地板，減輕碰撞過程中的人體損傷。

本發(fā)明提供一種基于人體損傷變摩擦的列車地板設計方法，包括如下步驟：

步驟S1：確定碰撞場景區(qū)域以及研究對象，其中，根據(jù)列車內(nèi)的乘員在列車不同區(qū)域的姿態(tài)對列車進行區(qū)域劃分，研究對象為碰撞場景區(qū)域內(nèi)的乘員；

步驟S2：基于列車內(nèi)所述碰撞場景區(qū)域以及研究對象構建耦合多剛體模型并設定人體碰撞邊界條件，再進行數(shù)值仿真得到各個碰撞場景區(qū)域內(nèi)碰撞前乘員的碰撞運動參數(shù)；

步驟S3：基于研究對象的研究部位構建研究部位-地板耦合有限元模型，并進行仿真計算得到乘員研究部位的損傷指標，其中，將所述乘員的碰撞運動參數(shù)作為研究部位-地板耦合有限元模型的邊界條件；

其中，改變地板摩擦系數(shù)，并分別執(zhí)行步驟S2-步驟S3得到在不同地板摩擦系數(shù)下各個碰撞場景區(qū)域內(nèi)各類研究對象研究部位的損傷指標；

步驟S4：基于不同地板摩擦系數(shù)下各個碰撞場景區(qū)域內(nèi)各類研究對象研究部位的損傷指標確定各個碰撞場景區(qū)域地板的區(qū)域最優(yōu)摩擦系數(shù)。

進一步優(yōu)選，若列車為城軌，城軌，地鐵，列車上的碰撞場景區(qū)域包括：站立乘員吊環(huán)扶手區(qū)域，坐姿乘員區(qū)域，站立乘員水平扶手區(qū)域，無扶手區(qū)域，站立乘員垂直扶手區(qū)域；若列車為火車，高鐵，動車，列車上的碰撞場景區(qū)域包括：非載人區(qū)域，站立乘員區(qū)域，坐姿乘員區(qū)域。