铁道车辆结构耐撞性影响因素及优化研究

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1、分类号uDc——密级——博士学位论文铁道车辆结构耐撞性影响因素及优化研究Researchoninfluencefactorsandoptimizationforstructurecrashworthinessofrailwayvehicles作者姓名：学科专业：学院(系、所)指导教师：谢素超交通运输工程(载运工具运用工程)交通运输工程学院田红旗教授论文答辩日螳：兰乡答辩委员会主溘垫中南大学2012年5月删性声明＼刚㈣本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论

2、文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：莲逮丝日期：立型!二年—￡月二4日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会

3、公众提供信息服务。7>磊作者签名：i妊蒸丝导师签采盈；!垄药期：!!!∑年—三月望日摘要国内外频繁发生的铁道车辆碰撞事故造成了严重的人员伤亡和财产损失，给人们带来了沉重和惨痛的教训，如何减小列车碰撞事故发生率、提高列车运行的安全性和最终实现人员财产安全保护，已成为现代轨道列车设计研发的关键课题之一。本文基于我国轨道交通的迅猛发展以及全社会对车辆运输安全关注程度FA益增强这一背景，对越来越受到重视的铁道车辆碰撞被动安全保护问题进行了研究，主要开展的研究内容有：首先对铁道车辆吸能结构中常用的典型薄壁结构碰撞吸能的影响因素如结构横截面形状、结构尺

4、寸、材料特性参数、结构预变形、加载方式、碰撞初始动能以及数值模拟中结构网格尺寸等进行了研究，探讨不同的影响因素对结构碰撞吸能特性的影响规律，为选择合适的影响参数、提高车辆的耐撞击性能提供依据。并通过不断归纳和总结影响因素研究结果获得了较为一般性的规律，开发了吸能结构影响因素和规律数据库系统，该系统涵盖了文献数据库、结构形状数据库、几何参数数据库、材料参数数据库、加载条件数据库、试验和计算条件数据库等，并以此为参考可方便、快捷地进行吸能结构耐撞性设计，加速其在车辆碰撞安全设计等领域中的应用。为了获得更加理想的铁道车辆耐撞性吸能结构，借助Kri

5、ging代理优化模型分别对铁道车辆中专用吸能结构和承载吸能结构进行了优化。在专用吸能结构比吸能SEA和比吸能与初始撞击力峰值之比REAF的优化过程中，分别构造了结构比吸能SEA和比值REAF关于设计参数的Kriging代理模型，与传统的响应面模型比较，Kriging模型具有较高的拟合精度，最后分别通过直观分析和遗传算法整体寻优得到了结构最优值；在铁道车辆承载吸能结构优化过程中，亦分别构造了比吸能SEA及比值REAF关于优化参数的Kriging模型，并结合遗传算法整体寻优分别得到结构比吸能SEA和比值REAF的最优值，结果表明模型得到比较理想

6、的目标响应值，最后对比值REAF优化前后的车体耐撞击特性进行了对比，该优化后的车体耐撞击性能要优于优化前的结构。本文基于列车多体耦合撞击分析进行了多种工况的假人二次撞击研究：首先建立了整列车多车辆耦合撞击模型，通过多车辆耦合撞击分析得到了各节车辆的速度、加速度、乘员二次撞击速度等运动规律曲线，然后在Madymo中建立了车体．客室．假人耦台结构模型，根据我国传统客车的客室布置，分别选取了乘员对面有桌子，乘员对面无桌子(对面为椅子)、乘员对面为乘员等工况在列车多体耦合撞击分析基础上进行了二次撞击研究，为车体客室内部布置及客室结构优化提供了依据。

7、研究了乘员二次碰撞损伤程度的影响因素：通过两种激励加速度对比分析表明采用AV／ST9001上限值计算的乘员各损伤参数要比采用Volpe的试验加速度计算的结果大：研究了加速度脉冲峰值和脉冲持续时间对乘员的损伤影响，同时分别研究了客室空间尺寸和结构接触刚度等对乘员损伤的影响情况以及乘员各碰撞损伤参数对这些空间结构参数的敏感性情况：最后采用Kriging模型构造了乘员各损伤参数对各影响参数的响应曲面，通过整体寻优分析得到了车辆客室空间尺寸和内部部件接触刚度最优配置，从而通过改善客室结构达到保护乘员的目的。研究结果可用于指导铁道车辆客室结构的布置。

8、总之，本文研究内容具体充实，研究方案和技术途径在结合以前工作的基础上注重了创新，研究成果可为铁道车辆被动安全研究打下坚实的基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。关键词铁道车辆，