高速列车碰撞小尺度等效模型相似机理及行为演化

Train multi-body collisions by train - line - consisting of nonlinear system operating environment, which produces a complex dynamic response, numerical simulation is difficult to simulate full-size real vehicle test is expensive, the use of multi-body collision train small-scale model is equivalent a new research tool. The project is based on the similarity theory, the high-speed train bodywork different positions, car end energy-absorbing structure, inter-vehicle connection means to take a different approach to simplify or equivalent, equivalent impact study small-scale model train dynamic response, instability mechanism and the subsequent behavior of evolution. Through crash tests and numerical simulation, the establishment of high-speed trains in different load transfer path, mode of deformation, energy dissipation equivalent to control small-scale model strategy. To reduce the impact of small-scale model size, inertial effects and other factors, experimental design constructed by varying credibility agent model, find and correct the mapping relationship equivalent model and the prototype. The impact resistance of a train vehicle anti-climb, anti-lateral instability and other energy-absorbing design parameters rationality provide technical support.

列车多体碰撞是由列车-线路-运行环境构成的非线性系统，其产生的复杂动态响应，数值仿真难以真实模拟，全尺寸实车试验费用昂贵，采用列车多体碰撞小尺度等效模型是一种新的研究手段。本项目基于相似理论，将高速列车不同位置的车体承载结构、车端吸能结构、车辆间连接装置采取不同方法进行等效或简化，研究列车小尺度等效模型的碰撞动态响应、失稳机理及后续行为演化规律。通过碰撞试验和数值仿真，建立高速列车在不同载荷传递路径、变形模式、能量耗散控制策略下小尺度等效模型。为减少小尺度模型中的尺寸、惯性效应等因素的影响，通过试验设计构造变可信度代理模型，找到等效模型与原型的映射及修正关系。为耐冲击列车车辆间防爬、防横向失稳等吸能设计参数的合理性提供技术支撑。

列车多体碰撞是由列车-线路-运行环境构成的非线性系统，其产生的复杂动态响应，数值仿真难以真实模拟，全尺寸实车试验费用昂贵，采用列车多体碰撞小尺度等效模型是一种新的研究手段。本项目围绕“高速列车多体碰撞能量吸收及耗散行为控制”目标，分析列车碰撞事故演化过程和车体破坏形式，开展单节车辆小尺度等效模型与原型碰撞响应特性的映射规律研究，分析车辆间连接装置的碰撞力学行为等效缩比特性，提出列车多体碰撞小尺度等效模型的修正及结构设计参数确定方法，解决高速列车小尺度碰撞等效模型设计、加工难题。提出高速列车碰撞小尺度等效模型构建方法，为列车多体碰撞动力学研究提供小尺度等效模型试验分析手段。构建高速列车车体碰撞、车辆间连接结构小尺度等效模型，揭示车体结构的撞击力传递路径与冲击能量耗散规律。构建列车多体耦合碰撞小尺度等效模型，揭示列车多车辆耦合碰撞过程中能量耗散机理、爬车机理及其与变形体刚度之间的内在联系。研究结果表明，采用分区刚度等效的车体等效相似模型设计及基于优化的列车等效相似模型修正方法，既能保证列车模型与原型碰撞动力学响应相似，又能满足等效相似模型的实际加工精度要求，适用于列车碰撞等效相似模型的设计，解决了列车结构复杂难以开展模型碰撞试验的技术难题。开展六编组高速列车1/8等效相似模型碰撞试验、有限元仿真及全尺寸原型碰撞有限元仿真，在车辆质心、转向架前后心盘等关键位置，列车碰撞过程中位形姿态、力学行为的精度小于10%。采用基于小比例等效相似模型，对高速列车头车与中间车的撞击力、吸能量等参数进行优化设计，已应用在高速列车耐撞车体研制。通过建立高速列车车体及车辆间连接结构的碰撞小尺度等效模型，开展了数值计算及模型试验，对研究高速列车车体冲击破坏机理及能量流动机制、分析多车辆间碰撞行为的演化过程、确定及验证耐冲击高速列车碰撞吸能设计参数等，具有重要科学意义。