列車碰撞
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-25
列車碰撞的實例教程
根據曲線軌道外側超高公式：
(2)
其中h為外軌超高(mm)，v為過曲線時列車在線路上的平均速度(km/h)，R為該線路的曲線半徑(m)，經過計算得到外軌超高h為168mm，超過了《鐵路線路設計規范》中規定的外軌超高不能超過150mm，故在建模中，取外軌超高為150mm。
因此，本文最終設置頭車以200km/h，2.5°沖角的初始狀態，在外軌超高150mm的CRTSⅢ無砟板式軌道（本文用殼單元地板代替）撞向防護墻。列車和軌道接觸類型為自動面面接觸，其中靜摩擦系數為0.3，動摩擦系數為0.05。列車和防護墻的接觸類型為侵徹面面接觸（Eroding Surface to Surface），其中靜摩擦系數為0.3，動摩擦系數為0.15。建立的列車-防護墻碰撞模型如圖2所示。
圖2 列車-防護墻碰撞有限元模型
列車與混凝土防護墻發生碰撞的碰撞應力云圖如圖3所示（單位為GPa），其中X方向為列車的行駛方向，X方向的力為防護墻對列車向后的阻力，Y方向的力為垂直于防護墻的橫向力，Z方向的力為防護墻對列車向上的作用力。列車與防護墻接觸碰撞，接觸部位碰撞力較集中，隨著列車繼續沿著防護墻擦撞前進，碰撞力傳遞到整個列車。整個碰撞過程碰撞力迅速增加，在35ms左右達到最大值489kN，隨著列車繼續行駛，車身吸收一部分能量，列車的運行軌跡和狀態發生變化，列車與截面混凝土防護墻發生碰撞的碰撞力時程曲線如圖4所示。
圖3 列車與防護墻碰撞應力云圖
圖4 列車與混凝土防護墻碰撞力時程曲線
列車耐撞性已經成為列車安全的一個關鍵指標，通過LS-DYNA有限元分析，可為列車被動安全性設計提供有力的支持。
展開 作者:同濟大學 高云凱 彭和東 張榮榮
摘要：采用PAM-CRASH軟件，模擬集裝箱汽車列車與橋梁護欄的碰撞過程。討論了集裝箱汽車列車鞍座結構的處理，評估了護欄的耐撞性。
關鍵詞：集裝箱汽車列車；橋梁護欄；碰撞；鞍座
在沒有針對性規范的情況下，為了評估橋梁護欄的安全性和可修復性，有必要在設計初期用數值方法模擬分析橋梁護欄受重型汽車撞擊的過程，以在護欄設計階段預估護欄的耐撞性能和提出護欄結構優化方案。同時，車輛在撞擊護欄后的運行狀況，尤其是重型集裝箱貨車列車在事故發生后能否從護欄安全導出，對于車輛行駛的安全性有很大的意義。本分析，針對某正在開發設計中的跨海大橋護欄，應用專門有限元程序PAM-CRASH，進行橋梁護欄受集裝箱汽車列車碰撞的模擬。模擬程序的應用使得在護欄的設計過程中能較方便的改變模型的各種結構參數，反復計算對比，從而得出最優性能結構。文中首次對集裝箱汽車列車的碰撞運行狀態進行了模擬。
1 計算模型
1. 1 護欄模型
主要包括3組欄桿及間距為3000mm通過水泥基座固定在橋面挑出部分上的立柱。為同時考慮橋面挑出部分的彈性，模型中包括橋面挑出部分。根據以往工程經驗[1]，在這類碰撞中，在6個立柱范圍內的護欄結構及橋面挑出部分有響應；在以下模型中取8個立柱范圍內的護欄結構及橋面挑出部分。在建立護欄模型時，準確反映了護欄立柱柱距、立柱與欄桿截面尺寸等；忽略護欄內部的連接結構及孔；簡化立柱與橋面的連接，用剛性焊接單元模擬水泥墩的連接。計算中，護欄用彈塑性單元模擬，橋面用彈性單元模擬。計算中全約束橋面挑出部分與橋墩相接邊各結點的6個自由度。由于主要分析護欄的受力和變形，本次計算將模型中的護欄進行較精確網格化。又由于車輛撞擊護欄后，沿護欄運行距離較長，即車輛護欄的接觸界面較長，所以整個護欄單元網格都較密，單元標準邊長取15mm。
展開 一輛列車以76km/h的高速撞向另一輛車頭。一瞬間車頭炸裂、煙霧漫天，場面令人窒息。不過不要擔心，這僅是一場碰撞試驗。近日，青島中車四方股份公司在76Km/h的高速下，進行了列車實車車輛級對撞試驗。這是目前世界上高速列車最高速的車輛級碰撞試驗。
此次碰撞試驗結果：兩車司乘空間完整，吸能結構變形可控、有序，無爬車現象。車輛防撞性能優異，試驗進一步驗證了高速列車吸能裝置的有效性。試驗的成功，標志著中車四方在高速列車被動安全技術領域達到世界先進水平。
在世界高速列車領域，被動安全技術是一項技術“制高點”。所謂被動安全，就是當列車發生意外碰撞時，通過車輛吸能裝置耗散撞擊能量，最大限度降低碰撞損傷，有效保護乘員安全。這種實車對撞屬于車輛級碰撞，驗證級別高于歐洲EN15227碰撞標準要求，更接近車輛實際運營工況。同時，76km/h的碰撞速度，也是目前世界上高速列車最高速的實車碰撞試驗速度。
看到這，大部分網友表示心疼錢，稱此次試驗為“史上最貴車禍現場”
有的網友則顯得“懂行”，表示這種昂貴的試驗肯定在之前反復進行過大量CAE仿真測試，以保證物理試驗的一次性通過，節約成本。要知道一般實體碰撞試驗涉及到試驗數據的采集和處理，通常采用的數據采集系統為電測量和光測量相結合的系統，實驗中要用到大量的傳感器和數臺高速攝像機，這些數據采集系統以及試驗中采用的假人在試驗前都要進行嚴格的標定，其試驗準備工作是十分費時的。最重要的是碰撞試驗屬于破壞性試驗，所需費用確實非常非常的昂貴。
下面讓我們看看采用CAE仿真技術如何進行列車碰撞分析的。
展開 項目介紹
隨著列車的全面提速，列車碰撞安全性成為現代列車研究的最關鍵內容之一。車體的耐撞性包括車體結構的承載能力、變形模式和自身吸收撞擊能量的能力等多方面的綜合特性。滿足列車車體結構的耐撞性，也就是在一定的撞擊速度下，列車車體的各個部位能有序的發生碰撞變形，在盡可能多的吸收撞擊能量的同時，最大限度的降低撞擊減速度，為司機和乘客保留足夠的逃生空間，從而降低碰撞事故帶來的傷害。
青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司（簡稱BST）是由中國四方機車車輛有限責任公司與龐巴迪公司出資組建的中外合資企業。從事設計、生產高檔客車、普通客車車體、電動車組、豪華雙層客車、高速客車和城市軌道車輛等，銷售合營公司自產產品，提供相關售后服務。
青島四方龐巴迪以某鋁合金電動車組車體結構為載體，利用HyperMesh軟件強大的網格劃分功能建立網格，并在HyperCrash 中建立8 節編組動車組有限元模型，采用RADIOSS軟件顯式求解器，基于計算機數值仿真技術對車體進行大變形碰撞仿真，得到該車體發生大變形碰撞時的車體塑性變形、撞擊力、車體減速度等參數與時間的變化情況，并根據EN15227 標準中的評價準則對該動車組車體的碰撞安全性進行評估。
挑戰
由于，目前該碰撞工況很難進行真實的試驗，如何在設計階段對車體的安全性進行準確評估，從而滿足安全性需求。
解決方案
該車體是采用大型鋁型材焊接而成，采用8節編組，頭車前端帶有吸能車鉤和碰撞吸能器，兩節車輛之間帶有中間吸能車鉤，可以很好的吸收碰撞能量，頭車結構如圖1所示。
展開 項目介紹
隨著列車的全面提速，列車碰撞安全性成為現代列車研究的最關鍵內容之一。車體的耐撞性包括車體結構的承載能力、變形模式和自身吸收撞擊能量的能力等多方面的綜合特性。滿足列車車體結構的耐撞性，也就是在一定的撞擊速度下，列車車體的各個部位能有序的發生碰撞變形，在盡可能多的吸收撞擊能量的同時，最大限度的降低撞擊減速度，為司機和乘客保留足夠的逃生空間，從而降低碰撞事故帶來的傷害。
青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司（簡稱BST）是由中國四方機車車輛有限責任公司與龐巴迪公司出資組建的中外合資企業。從事設計、生產高檔客車、普通客車車體、電動車組、豪華雙層客車、高速客車和城市軌道車輛等，銷售合營公司自產產品，提供相關售后服務。
青島四方龐巴迪以某鋁合金電動車組車體結構為載體，利用HyperMesh軟件強大的網格劃分功能建立網格，并在HyperCrash中建立8節編組動車組有限元模型，采用RADIOSS軟件顯式求解器，基于計算機數值仿真技術對車體進行大變形碰撞仿真，得到該車體發生大變形碰撞時的車體塑性變形、撞擊力、車體減速度等參數與時間的變化情況，并根據EN15227標準中的評價準則對該動車組車體的碰撞安全性進行評估。
挑戰
由于，目前該碰撞工況很難進行真實的試驗，如何在設計階段對車體的安全性進行準確評估，從而滿足安全性需求。
解決方案
該車體是采用大型鋁型材焊接而成，采用8節編組，頭車前端帶有吸能車鉤和碰撞吸能器，兩節車輛之間帶有中間吸能車鉤，可以很好的吸收碰撞能量，頭車結構如圖1所示。
圖1 頭車車體結構示意圖
根據EN15227：2008標準，對于在平交路口上，一輛列車單元以65km/h的速度和一個大而重的可變形障礙物之間發生撞擊，如圖2所示。
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列車碰撞的最新內容
? 國防與軌道交通：終端彈道、爆炸效應、裝甲防護仿真；列車碰撞、車體安全評估，為國防裝備與軌道交通安全提供核心技術支撐。
作為列車防碰撞主要部件之一，排障器保證了列車的行駛安全，發生列車與障礙物正面相撞事故時，沒有裝排障器的列車在相撞后，底架懸掛的設備可能受到破壞，而裝上排障器后可減少甚至避免設備受到破壞。
3. 有限元模型介紹
排障器模型采用殼單元模擬，模型共包括殼單元55952個。
列車碰撞過程難以避免偏置加載的環境，對一維結構進行正向與偏置加載研究，結果發現一維結構偏置加載性能不好，因此設計了二維結構。對不同橫梁尺寸的二維結構進行不同工況加載，進一步將二維結構安裝在列車車頭處進行不同工況下列車車頭碰撞仿真模擬，以保護列車車頭。
建立的列車-防護墻碰撞模型如圖2所示。
當列車碰撞速度大于10km/h時，車鉤受到的縱向壓載荷大于壓潰管設定值，壓潰管就發生作用產生塑性變形，最大限度吸收沖擊能量，以達到保證車上人身安全和保護車輛設備目的。
所謂被動安全，就是當列車發生意外碰撞時，通過車輛吸能裝置耗散撞擊能量，最大限度降低碰撞損傷，有效保護乘員安全。這種實車對撞屬于車輛級碰撞，驗證級別高于歐洲EN15227碰撞標準要求，更接近車輛實際運營工況。同時，76km/h的碰撞速度，也是目前世界上高速列車最高速的實車碰撞試驗速度。
李本懷 技術專家
李本懷, 中車技術專家、公司副總審 、教授級高工， 長期就職于中車長春軌道客車股份有限公司工程實驗室，組建CAE團隊和列車整車碰撞實驗平臺，指導負責地鐵、列車等碰撞吸能要求及設計分析，成功地指導并完成了美國波士頓地鐵和紐約地鐵,滿足美國ASME RT-2 2014最新版的列車吸能要求的設計，模擬分析及制造。
然而，隨著運行速度的提高，列車所攜帶的動能也達到了前所未有的高度，而鐵路運輸系統的復雜性又決定列車碰撞事故是不可完全避免的。軌道車輛載客量大，一旦碰撞事故發生勢必會造成嚴重的人員傷亡和財產損失，而且隨著運行速度的提高，碰撞后果將更是不堪設想。因此，軌道車輛設計時，在提高舒適性及可靠性的同時，需要考慮被動安全防護性能。
可以較準確高效的實現動車碰撞仿真，很好地評估并保障列車的碰撞安全性。因此，該仿真方法可以在軌道車輛的碰撞仿真中得到廣泛的應用。
可以較準確高效的實現動車碰撞仿真，很好地評估并保障列車的碰撞安全性。因此，該仿真方法可以在軌道車輛的碰撞仿真中得到廣泛的應用。
