• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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高速列车吸能结构设计和耐撞性分析

李松晏 郑志军 虞吉林

李松晏, 郑志军, 虞吉林. 高速列车吸能结构设计和耐撞性分析[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(2): 164-170. doi: 10.11883/1001-1455(2015)02-0164-07
引用本文: 李松晏, 郑志军, 虞吉林. 高速列车吸能结构设计和耐撞性分析[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(2): 164-170. doi: 10.11883/1001-1455(2015)02-0164-07
Li Song-yan, Zheng Zhi-jun, Yu Ji-lin. Energy-absorbing structure design and crashworthiness analysis of high-speed trains[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(2): 164-170. doi: 10.11883/1001-1455(2015)02-0164-07
Citation: Li Song-yan, Zheng Zhi-jun, Yu Ji-lin. Energy-absorbing structure design and crashworthiness analysis of high-speed trains[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(2): 164-170. doi: 10.11883/1001-1455(2015)02-0164-07

高速列车吸能结构设计和耐撞性分析

doi: 10.11883/1001-1455(2015)02-0164-07
基金项目: 国家自然科学基金项目(11372307);中国科学院创新工程方向项目(KJCX2-EW-L03)
详细信息
    作者简介:

    李松晏(1984—), 男, 博士研究生

    通讯作者:

    郑志军, zjzheng@ustc.edu.cn

  • 中图分类号: O342

Energy-absorbing structure design and crashworthiness analysis of high-speed trains

  • 摘要: 建立了高速列车头车的有限元模型,运用有限元软件LS-DYNA模拟了头车碰撞刚性墙的冲击过程。在碰撞发生时,原有设计方案的牵引梁主体的变形以整体屈曲为主,不利于缓冲吸能。在对原设计的耐撞性分析的基础上,建议对原有牵引梁结构加以改进,并在前端增加两组不同尺寸和厚度的带圆角的方管作为缓冲吸能管,考虑了在缓冲管中填充泡沫铝与否,形成了4种设计方案。数值模拟结果表明,与原设计方案相比,新方案的整个头车的吸能量有大幅度提高,刚性墙反力的峰值也有一定程度的降低,采用大的圆角半径的厚管并填充泡沫铝的方案的改进效果最明显。
  • 图  1  某型动车组头车的有限元模型

    Figure  1.  The finite element model of a head car of a high-speed train

    图  2  头车撞击刚性墙时的变形情况

    Figure  2.  Structural deformation of the head car crashing a rigid wall

    图  3  撞击刚性墙时牵引梁的变形情况

    Figure  3.  Structural deformation of the draft sill crashing a rigid wall

    图  4  刚性墙反力

    Figure  4.  Force on the rigid wall

    图  5  牵引梁的吸能量

    Figure  5.  Energy absorbed by the draft sill

    图  6  改进设计后的牵引梁和吸能管

    Figure  6.  The draft sill and the energy-absorbing tubes in the improvement schemes

    图  7  不同方案的吸能量

    Figure  7.  Energy absorbed in the different schemes

    图  8  不同方案的刚性墙反力

    Figure  8.  The force on the rigid wall in the different schemes

    图  9  方案4的牵引梁和吸能管的变形情况

    Figure  9.  The deformation of the draft sill and the energy absorber in scheme 4

    图  10  方案4的司机室变形情况

    Figure  10.  The deformation of the cab in scheme 4

    表  1  材料参数

    Table  1.   Material properties

    材料E/GPaνσy/MPaG/MPaρ/(kg·m-3)
    Q235钢2100.32352 1007 800
    A6N01铝合金700.32505732 700
    A5083铝合金620.31501 6102 700
    A7N01铝合金660.32901 2322 700
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    表  2  改进方案

    Table  2.   Improvement schemes

    方案c/mmr/mmd/mm填充泡沫铝
    17205
    27205
    38355
    48355
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  • [1] 张振淼, 逢增帧.轨道车辆碰撞能量吸收装置原理及结构设计(待续)[J].国外铁道车辆, 2001, 38(3): 13-19. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/gwtdcl200103004

    Zhang Zhen-miao, Feng Zeng-zhen. Principles and structure design of collision energy absorption equipment for rail cars(to be continued)[J]. Foreign Rolling Stock, 2001, 38(3): 13-19. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/gwtdcl200103004
    [2] Lu G. Energy absorption requirement for crashworthy vechicles[J]. Journal of Rail and Rapid Transit, 2002, 216(F3): 31-39. http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-GWTD200603002.htm
    [3] Tyrell D, Severson K, Marquis B. Crashworthiness of passenger trains: Safety of high-speed ground transportation systems[R]. Washington DC: US Department of Transportation, 1998.
    [4] 畑弘敏, 刘克鲜.运用碰撞仿真技术进行提高铁道车辆安全性的研究[J].国外铁道车辆, 2004, 41(6): 22-31. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GWTD200406008.htm

    Tian Hong-min, Liu Ke-xian. Research on improvement of rolling stock safety with the collision simulation technology[J]. Foreign Rolling Stock, 2004, 41(6): 22-31. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GWTD200406008.htm
    [5] 陆冠东.铁道车辆的耐碰撞性设计[J].铁道车辆, 2007, 45(10): 1-5. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdcl200710001

    Lu Guan-dong. The bumping resistance design for rolling stock[J]. Rolling Stock, 2007, 45(10): 1-5. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdcl200710001
    [6] 杨俊杰, 王立杰, 李幸人.机车车体碰撞吸能装置结构设计与仿真分析[J].铁道机车车辆, 2011, 31(1): 72-75. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdjccl201101020

    Yang Jun-jie, Wang Li-jie, Li Xing-ren. Development and simulation of crashworthniess device for locomotive body[J]. Railway Locomotive & Car, 2011, 31(1): 72-75. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdjccl201101020
    [7] 余同希.利用金属塑性变形原理的碰撞能量吸收装置[J].力学进展, 1986, 16(1): 28-38. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-LXJZ198601002.htm

    Yu Tong-xi. Impact energy absorbing devices based upon the plastic deformation of metallic element[J]. Advances in Mechanics, 1986, 16(1): 28-38. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-LXJZ198601002.htm
    [8] 田红旗.客运列车耐冲击吸能车体设计方法[J].交通运输工程学报, 2001, 1(1): 110-114. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JYGC200101027.htm

    Tian Hong-qi. Crashworthy energy absorbing car-body design method for passenger train[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2001, 1(1): 110-114. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JYGC200101027.htm
    [9] 蒋家桥, 黄西成, 胡时胜.泡沫金属缓冲器的设计新方法及应用[J].爆炸与冲击, 2004, 24(6): 519-523. http://www.bzycj.cn/article/id/10673

    Jiang Jia-qiao, Huang Xi-cheng, Hu Shi-sheng. Application and design of the foam matalic buffer[J]. Explosion and Shock Waves, 2004, 24(6): 519-523. http://www.bzycj.cn/article/id/10673
    [10] 丁晨, 赵洪伦.高速列车头车吸能排障器设计与仿真研究[J].铁道车辆, 2011, 49(1): 1-4. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=36401328

    Ding Chen, Zhao Hong-lun. Design and simulation research on energy absorption fender on the head car of a high speed train[J]. Rolling Stock, 2011, 49(1): 1-4. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=36401328
    [11] 雷成, 肖守讷, 罗世辉.基于显式有限元的高速列车吸能装置吸能原理研究[J].铁道机车车辆, 2012, 32(2): 7-11. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdjccl201202001

    Lei Cheng, Xiao Shou-ne, Luo Shi-hui. Research on the energy-absorbing theory of high speed train energy-absorbing component based on the explicit finite element[J]. Railway Locomotive & Car, 2012, 32(2): 7-11. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdjccl201202001
    [12] 宋宏伟, 虞钢, 范子杰, 等.多孔材料填充薄壁结构吸能的相互作用效应[J].力学学报, 2005, 37(6): 697-703. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-LXXB200506004.htm

    Song Hong-wei, Yu Gang, Fan Zi-jie, et al. Interaction effect in energy absorption of porous material filled thin-walled structure[J]. Acta Mechanica Sinica, 2005, 37(6): 697-703. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-LXXB200506004.htm
    [13] 王蕊, 秦庆华, 程国强, 等.壁厚对金属圆管撕裂卷曲耗能影响的研究[J].力学学报, 2005, 37(2): 244-248. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=15603645

    Wang Rui, Qin Qing-hua, Cheng Guo-qiang, et al. Research for the influence of thickness on the energy distribution of splitting and curling circular steel tube[J]. Acta Mechanica Sinica, 2005, 37(2): 244-248. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=15603645
    [14] EN 15227: 2008+A1: 2010, Railway applications: Crashworthiness requirements for railway vehicle bodies[S]. European Committee for Standardization, 2010.
  • 期刊类型引用(22)

    1. 李世岳,胡洪林,陈哲伦. 薄壁结构在汽车吸能盒中的应用与展望. 汽车文摘. 2024(02): 42-49 . 百度学术
    2. 郭砚昭,张乐乐,窦伟元. 耦合排障-吸能的高速列车排障器结构双尺度拓扑优化设计. 中南大学学报(自然科学版). 2024(05): 1966-1978 . 百度学术
    3. 张斌,张青平,陈建良,颜怡霞,何丽灵,李继承,郝志明,李明海. 运载撞击事故场景下复杂结构冲击响应数值模拟分析. 包装工程. 2024(19): 102-107 . 百度学术
    4. 陈乐恒,刘雁翔,米清浩,万红雨. 高强钢A588-A作为碰撞吸能盒材料的可行性研究. 中国铁道科学. 2024(05): 147-157 . 百度学术
    5. Yanzhao Guo,Lele Zhang,Weiyuan Dou,Yu Zhu,Haifeng Zhang. Static strength and crashworthiness analysis of a train cowcatcher at a running speed of 160 km/h. High-speed Railway. 2023(04): 258-264 . 必应学术
    6. 高广军,舒康,关维元,于尧. 列车收缩管吸能防爬器耐撞性研究. 铁道科学与工程学报. 2022(02): 520-527 . 百度学术
    7. 陈军红,张方举,谢若泽,徐伟芳,胡文军. 泡沫铝填充薄壁金属管结构冲击吸能特性研究. 包装工程. 2022(11): 154-160 . 百度学术
    8. 张欣玥,惠旭龙,葛宇静,舒挽,白春玉,刘小川. 中低速压缩加载下不同截面构型复合材料薄壁结构吸能特性及失效分析. 爆炸与冲击. 2022(06): 36-49 . 本站查看
    9. 马梓鸿,张慧乐,孙泽玉,陈慧敏,岳晓丽. 负高斯曲率曲面薄壁管吸能特性研究. 爆炸与冲击. 2022(11): 53-65 . 本站查看
    10. Shaodi Dong,Zhao Tang,Michelle Wu,Jianjun Zhang. Stochastic dynamic simulation of railway vehicles collision using data-driven modelling approach. Railway Engineering Science. 2022(04): 512-531 . 必应学术
    11. 尚昱煌,许平,姜士鸿,姚曙光,胡正维. 地铁列车双锥内嵌隔板矩形管的耐撞性优化. 振动与冲击. 2021(05): 202-210 . 百度学术
    12. 敬霖,刘凯,王成全. 列车碰撞被动安全性与司乘人员冲击生物损伤研究进展. 爆炸与冲击. 2021(12): 135-167 . 本站查看
    13. 杨欣,范晓文,许述财,黄晗,霍鹏. 仿虾螯结构薄壁管设计及耐撞性分析. 爆炸与冲击. 2020(04): 62-72 . 本站查看
    14. 霍鹏,许述财,范晓文,李建平,杨欣,黄晗. 鹿角骨单位仿生薄壁管斜向冲击耐撞性研究. 爆炸与冲击. 2020(11): 127-138 . 本站查看
    15. 霍鹏,李建平,许述财,杨欣,黄晗,范晓文. 基于轻量化与耐撞性要求的薄壁管状结构研究进展. 机械强度. 2020(06): 1377-1388 . 百度学术
    16. 丁兆洋,郑志军,虞吉林. 列车分布式吸能系统的波传播特性和参数分析. 爆炸与冲击. 2019(03): 113-122 . 本站查看
    17. 唐佑绵,刘涛,胡纪平. 公路-铁路平交道口撞击风险研究. 铁路工程技术与经济. 2019(03): 1-6 . 百度学术
    18. 王晋乐,田爱琴,赵士忠,车全伟. 机车车辆车钩缓冲装置及吸能装置的耐撞性研究. 大连交通大学学报. 2018(01): 51-55 . 百度学术
    19. 郝志勇,刘亚强,潘一山. 矿用缓冲吸能装置及其填充材料试验研究. 采矿与安全工程学报. 2018(03): 620-628 . 百度学术
    20. 张秧聪,许平,彭勇,邓雯苑,车全伟. 高速列车前端多胞吸能结构的耐撞性优化. 振动与冲击. 2017(12): 31-36 . 百度学术
    21. 张秧聪,许平,姚曙光,邓雯苑. 高速列车前端吸能结构理论预测与数值模拟. 铁道科学与工程学报. 2016(12): 2327-2334 . 百度学术
    22. 雷成,韩增盛,吴敏. 地铁列车耐撞性仿真研究. 机车电传动. 2016(04): 77-81 . 百度学术

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-07-23
  • 修回日期:  2013-11-06
  • 刊出日期:  2015-03-25

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