轨道车辆碰撞仿真分析及结构优化设计
发布时间：2021-02-15 14:02
随着有轨电车在我国的广泛应用,其运行安全性日益凸显。由于有轨电车特殊的运营模式,列车与公路车辆及行人共享路权,因此列车碰撞事故具有多样性,车辆被动防护性能的提升备受重视。本文以重载型五模块100%低地板有轨电车为研究对象,通过有限元仿真、驾驶员二次碰撞分析、列车吸能结构优化开展有轨电车被动安全防护研究。（1）论述有轨电车碰撞安全研究重要性并说明混合路权运营模式、铁路车辆碰撞仿真分析基本理论及评价标准,对显式中心差分法、接触算法及沙漏问题进行阐述,提出沙漏能的控制方法。（2）介绍有轨电车车体结构、连接方式等结构特点,建立列车有限元仿真模型,结合EN12663标准拟定计算工况对列车进行静强度分析,应用第四强度理论校核车体强度。（3）建立有轨电车碰撞仿真模型,参考EN15227标准拟定列车纵向碰撞场景对列车进行仿真分析,结合车厢生存空间压缩量、转向架轮对抬升量及车厢纵向加速度评估列车碰撞安全。结合车体内部结构在对撞工况中引入司机室设备及假想人体模型,对驾驶员二次碰撞损伤进行评估。（4）针对有轨电车司机碰撞过程中恶劣的生存条件,提出增设组合式吸能结构,改善驾驶室安全工作环境。探究蜂窝吸能元件吸...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１有轨电午．路面碰掩现场??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ａｃｃｉｄｅｎｔ?ｓｃｅｎｅ?ｏｆ?ｔｒａｍｓ?ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ??
?大连交通大学工学硕士学位论文???第三章有轨电车静强度仿真分析??有轨电车静强度研究是保证车体可靠运行的基本保障，包括静强度仿真分析及静力??学试验。相对于试验方法，有限元仿真计算成本低，计算周期短，结果信息全面，可与??车体设计阶段同步进行，对车体结构完善具有指导意义。因此静强度研宄大多采用有限元??仿真为主，结合对照试验验证数值模拟结果的正确性，参考ＥＮ１２６６３、ＪＩＳＥ７１０５、??ＴＢ／Ｔ１３３５等标准对车体强度安全进行评价。??３．１有轨电车结构特点??本文计算模型为重载型五模块１００％低地板有轨电车，列车采用整车贯通式地板，??各车厢转向架均为独立轮对式转向架车辆形式为单厢及浮厢组合式结构，单厢为列??车两端头车及中间车，其下方设置转向架，浮厢为头车与中间车之间车厢，其为悬浮模??块下方不设置转向架。各节车厢连挂装置采用铰接结构［Ｍ］。??３．１．１车体结构简介??整列有轨电车由五模块三种车厢组成，分别为Ｍ车、Ｒ车、Ｐ车。Ｍ车为带司机室??的头车，Ｒ车为悬浮模块，Ｐ车为列车中间车，各车厢几何结构如图３．１所示。各车厢??车体均为底架无中梁整体碳钢焊接结构，主要由底架、顶棚、侧墙、端墙及复合地板等??结构组成。头车底架Ｉ位端有吸能防爬装置，ＩＩ位端与Ｐ车前后端基本相同。整车钢结??构主要由Ｓ５００ＭＣ、Ｅ４９０Ｄ、１．４３１８、Ｓ３５５Ｊ２Ｇ３、Ｓ３５５Ｊ２ＷＰ等材料组成，各材料参数见??表?３＿１。??賴??ａ）?Ｍ车?ｂ）悬浮模块Ｒ车?ｃ）?Ｐ车??图３．１车体几何结构??Ｆｉｇ．?３．１?Ｔｒａｍ?ｂｏｄｙ?ｆｏｎｎ??１８??
?大连交通大学工学硕士学位论文???体风挡上方，只约束沿列车纵向及横向的平动，实现车厢在不同路面下的点头运动。??自由铰为铸钢支架与连接拉杆的组合机构，各支架采用螺栓连接方式与车体相连。连杆??两侧均为球轴承，防止相邻车厢的侧翻事故，实现车体的摇头运动。自由铰通常作为车??体上端连接机构安装与单厢及浮厢之间，可以适应起伏路况，改善列车运行稳定性ｆ６１］。??各铰接机构自由度约束情况如表３．２所示。??表３．２车间连接机构自由度??Ｔａｂｌｅ?３．２?Ｄｅｇｒｅｅ?ｏｆ?ｆｒｅｅｄｏｍ?ｏｎ?ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??平动?转动??铰的类型??—?—???ｒｌ?ｓｉ?ｔｌ?ｒ＊?ｓ＊?ｔ＊??固定铰?ｉ?ｉ?ｉ?ｏ?ｏ?ｏ￣??转动铰?０１１０００??自由铰?ｏｏｉｏｏｏ??注铰接自由度（ｉ＝约束，２＝自由）??３．１．３车辆编组形式??重载型五模块１００％低地板有轨电车由五节车厢组成。如图３．２所示，列车端部为??带司机室的Ｍ车，其下方设有动力转向架；编组中心为中间模块Ｐ车，其下方设有无??动力转向架；悬浮模块Ｒ车位于Ｍ车及Ｐ车之间，由两车共同支撑。??ＭＡ??动力转向架??图３．３有轨电车编组形式??Ｆｉｇ．?３．３?Ｔｈｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｒａｍ??２０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]串联蜂窝吸能和冲击稳定性研究[J]. 卢露,鲁寨军,晏明,刘承江,熊又星. 中南大学学报(自然科学版). 2017(07)
[2]机车车辆被动安全性研究综述[J]. 朱涛,肖守讷,杨超,阳光武,杨冰,王明猛. 铁道学报. 2017(05)
[3]基于二次碰撞简化模型的地铁乘员损伤研究[J]. 周俊先,陈秉智. 大连交通大学学报. 2017(02)
[4]我国现代有轨电车发展的现状、趋势与思考[J]. 王梅. 交通与港航. 2017(01)
[5]现代有轨电车路权形式选择浅析[J]. 伍磊. 四川建材. 2016(07)
[6]胞元参数对铝蜂窝吸能特性的影响[J]. 赵辉,宋扬,黄江平. 机械设计. 2016(09)
[7]有轨电车系统安全性分析[J]. 明瑞利. 城市交通. 2016(04)
[8]有轨电车铰接装置的结构及有限元分析[J]. 许敏,吴学政,曾潞洋. 上海电气技术. 2016(02)
[9]国内现代有轨电车车辆发展状况综述[J]. 臧宇,许广鹏,关和宁,姚震,俞俊杰. 现代城市轨道交通. 2016(02)
[10]浅析现代有轨电车路权形式及其道路横断面布置[J]. 李威. 交通科技. 2015(04)
硕士论文
[1]有轨电车防碰撞关键技术的研究与实现[D]. 刘佳.西南交通大学 2017
[2]共享路权下有轨电车侧面碰撞安全研究[D]. 李铎.西南交通大学 2017
[3]现代有轨电车平交道口线站布设优化研究[D]. 杜朝敏.北京交通大学 2016
[4]半独立路权条件下有轨电车交叉口信号控制仿真优化研究[D]. 彭丰.北京交通大学 2015
[5]不锈钢点焊地铁车车体被动安全性及其吸能结构优化研究[D]. 穆伟.大连交通大学 2013
[6]铝合金车体碰撞仿真及车体前端结构抗撞性优化设计[D]. 刘婷婷.大连交通大学 2012
[7]骨结构的有限元分析及在碰撞中的被动安全性响应[D]. 赵伟.大连交通大学 2010
[8]高速列车车体耐碰撞结构研究[D]. 单其雨.西南交通大学 2010
[9]CRH3动车组被动安全性和耐撞性优化研究[D]. 杨慧芳.大连交通大学 2010
本文编号：3034978
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１有轨电午．路面碰掩现场??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ａｃｃｉｄｅｎｔ?ｓｃｅｎｅ?ｏｆ?ｔｒａｍｓ?ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ??
?大连交通大学工学硕士学位论文???第三章有轨电车静强度仿真分析??有轨电车静强度研究是保证车体可靠运行的基本保障，包括静强度仿真分析及静力??学试验。相对于试验方法，有限元仿真计算成本低，计算周期短，结果信息全面，可与??车体设计阶段同步进行，对车体结构完善具有指导意义。因此静强度研宄大多采用有限元??仿真为主，结合对照试验验证数值模拟结果的正确性，参考ＥＮ１２６６３、ＪＩＳＥ７１０５、??ＴＢ／Ｔ１３３５等标准对车体强度安全进行评价。??３．１有轨电车结构特点??本文计算模型为重载型五模块１００％低地板有轨电车，列车采用整车贯通式地板，??各车厢转向架均为独立轮对式转向架车辆形式为单厢及浮厢组合式结构，单厢为列??车两端头车及中间车，其下方设置转向架，浮厢为头车与中间车之间车厢，其为悬浮模??块下方不设置转向架。各节车厢连挂装置采用铰接结构［Ｍ］。??３．１．１车体结构简介??整列有轨电车由五模块三种车厢组成，分别为Ｍ车、Ｒ车、Ｐ车。Ｍ车为带司机室??的头车，Ｒ车为悬浮模块，Ｐ车为列车中间车，各车厢几何结构如图３．１所示。各车厢??车体均为底架无中梁整体碳钢焊接结构，主要由底架、顶棚、侧墙、端墙及复合地板等??结构组成。头车底架Ｉ位端有吸能防爬装置，ＩＩ位端与Ｐ车前后端基本相同。整车钢结??构主要由Ｓ５００ＭＣ、Ｅ４９０Ｄ、１．４３１８、Ｓ３５５Ｊ２Ｇ３、Ｓ３５５Ｊ２ＷＰ等材料组成，各材料参数见??表?３＿１。??賴??ａ）?Ｍ车?ｂ）悬浮模块Ｒ车?ｃ）?Ｐ车??图３．１车体几何结构??Ｆｉｇ．?３．１?Ｔｒａｍ?ｂｏｄｙ?ｆｏｎｎ??１８??
?大连交通大学工学硕士学位论文???体风挡上方，只约束沿列车纵向及横向的平动，实现车厢在不同路面下的点头运动。??自由铰为铸钢支架与连接拉杆的组合机构，各支架采用螺栓连接方式与车体相连。连杆??两侧均为球轴承，防止相邻车厢的侧翻事故，实现车体的摇头运动。自由铰通常作为车??体上端连接机构安装与单厢及浮厢之间，可以适应起伏路况，改善列车运行稳定性ｆ６１］。??各铰接机构自由度约束情况如表３．２所示。??表３．２车间连接机构自由度??Ｔａｂｌｅ?３．２?Ｄｅｇｒｅｅ?ｏｆ?ｆｒｅｅｄｏｍ?ｏｎ?ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??平动?转动??铰的类型??—?—???ｒｌ?ｓｉ?ｔｌ?ｒ＊?ｓ＊?ｔ＊??固定铰?ｉ?ｉ?ｉ?ｏ?ｏ?ｏ￣??转动铰?０１１０００??自由铰?ｏｏｉｏｏｏ??注铰接自由度（ｉ＝约束，２＝自由）??３．１．３车辆编组形式??重载型五模块１００％低地板有轨电车由五节车厢组成。如图３．２所示，列车端部为??带司机室的Ｍ车，其下方设有动力转向架；编组中心为中间模块Ｐ车，其下方设有无??动力转向架；悬浮模块Ｒ车位于Ｍ车及Ｐ车之间，由两车共同支撑。??ＭＡ??动力转向架??图３．３有轨电车编组形式??Ｆｉｇ．?３．３?Ｔｈｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｒａｍ??２０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]串联蜂窝吸能和冲击稳定性研究[J]. 卢露,鲁寨军,晏明,刘承江,熊又星. 中南大学学报(自然科学版). 2017(07)
[2]机车车辆被动安全性研究综述[J]. 朱涛,肖守讷,杨超,阳光武,杨冰,王明猛. 铁道学报. 2017(05)
[3]基于二次碰撞简化模型的地铁乘员损伤研究[J]. 周俊先,陈秉智. 大连交通大学学报. 2017(02)
[4]我国现代有轨电车发展的现状、趋势与思考[J]. 王梅. 交通与港航. 2017(01)
[5]现代有轨电车路权形式选择浅析[J]. 伍磊. 四川建材. 2016(07)
[6]胞元参数对铝蜂窝吸能特性的影响[J]. 赵辉,宋扬,黄江平. 机械设计. 2016(09)
[7]有轨电车系统安全性分析[J]. 明瑞利. 城市交通. 2016(04)
[8]有轨电车铰接装置的结构及有限元分析[J]. 许敏,吴学政,曾潞洋. 上海电气技术. 2016(02)
[9]国内现代有轨电车车辆发展状况综述[J]. 臧宇,许广鹏,关和宁,姚震,俞俊杰. 现代城市轨道交通. 2016(02)
[10]浅析现代有轨电车路权形式及其道路横断面布置[J]. 李威. 交通科技. 2015(04)
硕士论文
[1]有轨电车防碰撞关键技术的研究与实现[D]. 刘佳.西南交通大学 2017
[2]共享路权下有轨电车侧面碰撞安全研究[D]. 李铎.西南交通大学 2017
[3]现代有轨电车平交道口线站布设优化研究[D]. 杜朝敏.北京交通大学 2016
[4]半独立路权条件下有轨电车交叉口信号控制仿真优化研究[D]. 彭丰.北京交通大学 2015
[5]不锈钢点焊地铁车车体被动安全性及其吸能结构优化研究[D]. 穆伟.大连交通大学 2013
[6]铝合金车体碰撞仿真及车体前端结构抗撞性优化设计[D]. 刘婷婷.大连交通大学 2012
[7]骨结构的有限元分析及在碰撞中的被动安全性响应[D]. 赵伟.大连交通大学 2010
[8]高速列车车体耐碰撞结构研究[D]. 单其雨.西南交通大学 2010
[9]CRH3动车组被动安全性和耐撞性优化研究[D]. 杨慧芳.大连交通大学 2010
本文编号：3034978
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