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原文传递轨道车辆耐碰撞结构及乘员安全防护技术研究

论文题名：	轨道车辆耐碰撞结构及乘员安全防护技术研究
关键词：	轨道车辆;被动安全;耐撞击;吸能元件;车体结构
摘要：	由于轨道交通事故复杂多变的偶然因素和严重的生命威胁，使车辆事故安全成为公众瞩目的关注点。科学的进步和现代车辆人性化设计的理念是车辆被动安全技术得到突破和不断进展的基础，而高速铁路和城市轨道交通的繁荣又进一步有力地推动了轨道车辆被动安全设计技术的发展与应用。近十年来，欧美国家提出的车辆被动安全设计技术逐渐成熟并进入工程化应用阶段，根据被动安全设计思想研制的耐碰撞车体结构对乘员生命安全起到较好防护作用，并已开始研究乘员的二次碰撞问题，以进一步将碰撞事故造成的乘员伤害最小化。我国目前的研究主要局限于车辆结构变形分析上，对列车耐撞击安全未能从系统控制及优化的角度进行研究，对城市轨道车辆吸能元件关注甚少，至于乘员这一安全的主体受撞击后在车体内部的二次碰撞的影响基本没有加以考虑。基于这一现状，本论文拟运用车辆被动安全设计思想，在上述几个方面展开列车耐碰撞设计研究。论文首先介绍了“为乘员提供有效安全空间和缓和撞击载荷”的耐碰撞车体系统总体设计思想，综述了耐碰撞车体的性能要求和评价指标，并以国外耐碰撞车体为例说明了耐碰撞车体设计的实现方法。论文通过薄壁圆管吸能元件进行的实物碰撞验证性试验与仿真研究，结果比较表明了两种方法在圆管试件在结构塑性变形模式、能量吸收以及轴向冲击力等碰撞性能方面呈现出较好的吻合性，证实了采用MSC.DYTRAN软件进行非线性有限元仿真的可行性、有效性和经济性。在此基础上对两种可用于吸能防爬器的圆管和六边形蜂窝铝材芯材结构基本吸能元件及其组合结构件进行了能量吸收特性分析与仿真研究，得到了较为合理的设计参数，并比较了两种芯材的优缺点。论文对具有强非线性特征的破裂型吸能结构采用仿真与理论分析相结合的方法进行了吸能特性研究。研究结果表明：在相同长度及壁厚条件下，两种截面构件有效变形行程相近，而四边形截面结构的吸能效果要优于六边形结构。此外，还对有限元仿真计算中若干影响参数进行了探讨。论文通过对耐碰撞车体模型仿真，分析其结构塑性变形模式、变形区域、能量吸收和轴向冲击力等碰撞性能指标，设计出了较为合理的符合我国铁道车辆特点的高速列车耐碰撞车体结构。然后提出了高速客车轻量化车体耐碰撞结构设计的优化策略，并以概念车体模型优化设计为例，对列车耐撞击车体承载结构的轻量化优化设计进行了验证。论文采用美国的冲击加速度曲线，对客室的几种基本的布置进行了乘员二次碰撞伤害分析。结果表明：在空间相对开放的布置中，由于乘员的运动时间较长，与客室内部的碰撞速度相对较高，伤害较大；而同向布置的客室内，由于空间较小，乘员伤害较小。分析表明客室座椅和小桌的材质对乘员的伤害程度有很大的影响，因而，为了避免乘员二次碰撞的伤害，客室内装饰中座椅和小桌的面板和边缘的材料应该从减缓冲击力的角度予以优选。
作者：	王文斌
专业：	车辆工程
导师：	赵洪伦
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文