列车大变形碰撞仿真与结构优化

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1、第～章绪论第一章绪论1．1研究的背景和意义我国地域广阔，人口众多，作为国民经济纽带的铁路运输以其运载量大、运行速度较高、运输成本较低的特点承担着国家的主要客、货运输任务。我国现有铁路7万多公里，在过去的三十年中主要铁路干线连续实现了六次大提速，我国铁路既有线提速干线旅客列车最高运行时速达200公里以上，京哈、京沪、京广、胶济等提速干线部分区段已达到时速250公里。随着国民经济的持续高速发展，铁路运输也必将快速发展。然而，近年来全球铁路交通事故率有不断上升的趋势，高速和安全是世界各国共同面对的一个重要问题。虽然人们普遍认为，轨道交通是陆路交通中最安全的运输方式，按乘客

2、一公里计算，乘列车死亡的危险比乘飞机低6倍，比乘私人汽车低约10倍，再加上由于轨道交通上广泛采用了诊断、监测、通信、失效保护制动、现代化的列车控制系统等主动安全防护系统，因此其高水平的积极安全防护措施能够有效预防潜在的列车碰撞事故，发生重大交通事故的可能性也会越来越小。但是在实际的运营过程中，各种形式的人为错误和运行环境的突然变化是难以避免的，所以事故仍然频频发生，尤其是高速重载列车，能量大惯性大，一旦列车发生碰撞事故，将造成车毁人亡的严重后果。世界各国列车碰撞事故也时有发生：2004年12月14号，印度霍希亚普尔区门瑟尔村附近，一列快速列车和一列普通客车发生碰撞，

3、约50人在事故中丧生，150人受伤。2005年1月26日，美国加利福尼亚州的一列火车与停在轨道上的一辆汽车相撞后出轨，然后与迎面驶来的另一辆城际列车擦边相撞，造成10人死亡，大约200人受伤。这是美国自1999年3月15日以来发生的伤亡最惨重的列车事故。2005年4月25日上午，日本兵库县尼崎市发生特大列车脱轨事故，107人丧生，400多人受伤，为日本40多年来最为严重的一起事故。2005年10月29日凌晨，印度一列客运列车在南部安得拉邦首府海德拉巴以南30公里处脱轨，导致100多人死亡。2006年8月21日埃及首都开罗以北的尼罗河三角洲发生两列火车相撞事故，造成至

4、少80人死亡，163人受伤。2006年12月28日上午，墨西哥中部城市库奥蒂特兰市一辆公共汽车与一列货运火车相撞，造成22人死亡，十几人受伤。2007年6月5日下午，澳大利亚一辆客运火车在行驶至维多利亚州西北部天鹅山附近时与一辆卡车相撞后出轨，造成至少8人死亡，50余人受伤。2007年12月19日，一列满载度假乘客的客运火车在巴基斯坦南部发生出轨事故，至少造成58人死亡、120多人受伤。2008年4月28日凌晨4时41分，北京开往青岛的T195次列车运行到胶济铁路周村至王村之间时脱线，与上行的烟台至徐')+15034次列车相撞。至少造成71人死1二416人受伤11J

5、。因此，自上世纪八十年代中期至今，世界各国铁路不断对机车车辆的耐碰撞技术进行了研究，以实现列车的被动防护，降低碰撞事故造成的损失。目前，美国、英国、德国、法国等国家大连交通火学．T学硕十学位论文都己经结合本国机车车辆的特点开展了耐碰撞机车车辆的研究，根据列车碰撞事故的调查结果，从理论上进行分析，根据试验数据和计算机仿真制定了耐碰撞机车车辆在碰撞过程中的能量吸收标准，设计出耐碰撞机车车体结构。近几年来，我国已经有学者开始了对机车车辆抗撞性进行了理论研究和计算机仿真，但结合我国国内机车车辆特点的耐撞机车车辆的设计和分析还处于起步阶段。铁道交通车辆安全性一般可以分为主动安

6、全性、被动安全性、事故后安全性和生态安全性。铁道车辆的被动安全性，是指发生铁道交通事故后，铁道车辆本身能够减轻乘坐人员伤害和货物损失的能力。铁道车辆的被动安全性又可分为铁道车辆内部被动安全性(减轻车内乘员受伤和货物受损)以及外部被动安全性(减轻对事故所涉及的其它人员和车辆的损失)，最终目的是要将铁道交通事故造成的损失降至最低。车辆结构碰撞是一个同时包括几何非线性、材料非线性以及边界非线性(主要为接触非线性)等问题的复杂力学过程。机车车辆的碰撞安全性主要受机车车辆端部结构(司机室结构、底架端部结构、端墙等)的结构形式及其耐撞性能的影响，同时又与专用吸能装置，防爬装置的

7、结构、车钩缓冲装置、刚度分布等有关。为实现列车的被动安全保护，即保持乘客的生存空间，降低二次碰撞速度，车体外附加的吸能装置或车体结构次要部位能按照人的意志有序发生变形；在吸收较多的碰撞动能的同时，产生一定的压溃行程，延长撞击作用时间从而降低撞击减速度，而车体结构主要部位不发生变形，为乘客提供必须的生存空间。在保护乘员空间的前提下，寻求改善车身结构抗撞性的方法，即要求车辆能够在突发或特定的碰撞事件中，依靠自身结构或附件装置的屈曲、损伤、断裂等破坏形式来减缓碰撞时的冲击载荷，并使得车身变形吸收的碰撞能量最大，从而使传递给车内乘员的碰撞能量降低到最小，以达到保护乘员及