高速客车车体耐碰撞结构设计

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1、耐碰撞高速客车车体结构设计刘旭东（中南大学交通运输工程学院长沙410000）摘要：由于轨道交通事故复杂多变的偶然因素和严重的生命威胁，使车辆事故安全成为公众的关注点，车辆的耐碰撞性能也受到公众的注意。本文在前人研究的基础上，结合《高速铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》的规定与实际要求，利用有限元软件MSC.NASTRAN，进行了高速客车车体耐碰撞结构设计。为进一步研究打下基础。关键词：高速客车车体，耐碰撞结构，有限元TheDesignofTheHigh-speedPassengerVehicle’sCollision-resi

2、stantStructureAbstract：Astherailtrafficaccidentshavethecomplexfactorsandseriousthreattolife,thepubliccareaboutit.Andthevehicle anti-collision performancehasalsobeen thepublic'sattention.Inthispaper,wehavedesignedtheanti-collisionstructureofthehigh-speedpassenger,onth

3、ebasisofpreviousstudies,with“High-speedRailwayVehicleStrengthDesignandTestEvaluationInterimProvisions”andbyuseofMSC.NASTRAN.Laythefoundationforfurtherstudy.Keywords:High-speedpassengercarbody,anti-collisionstructure,FEM1.引言科学的进步及日益加快的生活节奏需求，使得列车的运行速度不断提高，干线客运高速化已成为当今

4、世界铁路发展的共同趋势。自1964年日本建立了世界第一条高速铁路——东海道新干线以来，世界各国的高速铁路相继建成。中国的高速铁路建设也取得了世界瞩目的成绩，从1999年兴建的秦沈客运专线到刚投入运营的京沪高铁，中国高速铁路的最高运营时速已达430公里[1]。随着列车运行速度的提高，铁路车辆事故造成的危害也日益增大。近年来国内也不断地发生了一些铁路事故。2006年4月11日，由青岛开往广州的T159次列车，行至京九铁路林寨车站好东水车站区间是，与武昌开往汕头的1017次列车发生追尾，T159次列车机车受损，1017次列车尾部4节车

5、厢脱线，造成2人死亡和20余名旅客和工作人员受伤。事故现场图如下所示：图1京九铁路列车追尾事故现场2011年7月23日，由北京开往福州的D301次列车，行至温州市双屿路段时，与的杭州开往福州的D3115次列车追尾，导致D301次1、2、3列车厢侧翻，从高架桥上坠落，毁坏严重，4车厢悬挂桥上，D3115次15、16车厢严重损毁，造成40人死亡和200多人受伤，世界震惊。事故现场图片如下所示：图2温州动车追尾事故现场由于轨道交通事故的原因往往复杂多变，仅从主动安全的防护技术不可能避免事故的发生，因此，为使事故损失最小化，列车的耐撞击

6、性能引起了人们的高度关注。为此，国内外众多专家学者在实车碰撞实验及仿真计算的基础上进行了提高列车耐撞性的研究。本文在此基础上，以改进高速客车车体结构为思路，结合高速客车车体结构设计要求，并利用有限元软件进行模拟计算，进行了高速客车车体结构设计。2.高速客车车体设计要求随着列车运行速度的提高，列车的运行安全越来越受到人们的关注，尤其是对车体的耐撞击性能提出了更高的要求。但在高速客车车体设计中，除了要考虑列车的耐撞击性能满足要求之外，还必须考虑其它的一些基本要求，如车辆的静、动态强度，垂向刚度和车体自振频率等。另外，高速、舒适、结构

7、的轻量化是高速客车车体设计所需达到的基本目标，也不能忽视。但以上这些设计目标之间有相互制约性，不可能同时达到最优化。因此，高速客车车体设计必须在满足现代车辆的设计规范规定的条件下予以综合协调、折中和优化。下面是高速客车车体设计过程中必须注意的几方面要求。(1)车体强度为保证车辆在运行中有足够的强度，车体必须能承受一定的载荷。以符合车辆的强度设计规范。规范要求车体在承受垂向载荷、纵向拉伸压缩载荷、气动载荷及这些载荷的组合载荷时，车体材料始终处于弹性变性区，不允许出现塑性变形；(2)车体刚度主要是控制车体的垂向位移和扭转角位移；(3

8、)车体自振频率这与车辆运行品质和运行安全密切相关。因此，规范中队车体最低阶垂向弯曲模态有一定的限制；(4)车体耐碰撞性这要求设计一个更强的客室结构，同时在车体的非乘客区设置能量吸收区，以吸收撞击动能，保证客车安全；(5)结构轻量化为了减轻列车自重，保证列车高速运