CN102175414B - 参考列车单元碰撞模型的组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种参考列车单元碰撞模型的组装方法，其步骤包括：参考头车组装、参考挂车组装、参考挂车单元组装、参考列车单元组装和参考列车单元配重五个基本步骤。按照本发明方法可分别得到“参考列车单元碰撞试验模型”和“参考列车单元碰撞仿真模型”，为列车单元耐撞性设计的不同阶段提供了试验和分析手段，大大提高了列车单元耐撞性设计的可靠性；由于在车体耐撞性设计早期，参考列车单元碰撞试验与仿真便可介入，大大缩短了研发周期；由于参考列车单元碰撞试验模型具有可重复性，显著降低了碰撞试验成本，并可获得与真实的列车单元碰撞试验相同的效果，因此，本发明对提高列车单元的耐撞性设计水平具有重要的工程实践意义。

Description

参考列车单元碰撞模型的组装方法

技术领域

本发明涉及一种参考列车单元碰撞模型的组装方法，尤其是涉及按照法规要求进行的列车单元碰撞试验与仿真模拟当中。

背景技术

随着科技的进步，列车车辆的性能和技术水平不断提升，车速不断提高，使得碰撞事故后果更为严重，不断连续发生在世界各地的列车碰撞事故令人触目惊心，给生命和财产安全造成了极大的损失，通过改进车辆结构，使其在碰撞事故发生时造成的损失降到最小，因此，列车车辆耐撞性设计是轨道车辆研发中的重要设计目标之一，对提高列车运营安全性具有重要意义。

欧盟法规——列车车体耐撞性要求EN 15227：2008(E)，提出了列车耐撞性设计的一般要求，包括以下几个方面：降低防爬的风险；以受控的方式吸收撞击能量；保证生存空间和乘客区域的结构完整性；限制减速度；减少脱轨的风险并限制撞上轨道障碍物的后果。一般要求实际上是涉及到列车单元碰撞事故的几种典型失效模式：列车防爬失效、列车车体结构失效、列车翻转失效、列车“V”型脱轨失效以及超过人体加速度限制。

EN 15227：2008(E)对耐撞性设计的铁路车辆和撞击工况和撞击障碍物进行了分类，如表1和表2所示。

表1：防撞性设计的铁路车辆分类

表2：撞击工况和撞击障碍物

同时，EN 15227：2008(E)提出了结构被动安全性能的评价标准：应防止上冲发生在列车单元末端和列车单元车辆之间；构成生存空间的结构应保持完好并能抵抗能量吸收元件压溃期间受到的最大外力，乘客生存空间长度的减少为每5m不大于50mm或者生存空间结构的塑性应变不大于10％；生存空间内的平均纵向减速对于第一种和第二种工况不超过5g，第三种工况下不超过7.5g，列车单元每辆考察车厢的平均减速的确定方法应与车厢上的净接触力超过零开始到再次下降到零为止的时间相对应。

由于列车被动安全考察的是通过连挂起来的列车单元(train unit)，并且列车单元碰撞试验都是破坏性试验，试验费用将十分昂贵，采用真实的列车单元碰撞试验来评估其耐撞性能是不切实际的，因此，EN 15227：2008(E)提出零部件试验与列车单元碰撞仿真相结合的方法验证列车单元耐撞性目标是否达到，具体包括以下步骤：

第一步：能量吸收装置和压溃区域的测试(部件测试)，主要为模型标定提供输入信息；

第二步：结构数值模型的标定(部件数值模型标定)，主要评估能量吸收装置、测试缓冲区的行为以及能量吸收现象的顺序，并对仿真结果的进行详细分析，尤其是对力等级以及结构重要特征位移；

第三步：设计碰撞工况的数字仿真(列车单元碰撞仿真)，该模型应包括按步骤2标定的司机室或车端变形结构的模型，以及车体结构其余部分的一个完整三维模型，一般来说，只有头一个或头两个车辆模型应包括详细的能量吸收元件和变形结构，列车单元其它的车厢可以作为集中质量-弹簧系统代表其整体行为。

从法规EN 15227：2008(E)可以看出，列车单元耐撞性验证的主要手段是数值仿真，而不是真实的列车单元碰撞试验，从文献中发现，“列车单元集中质量-弹簧模型”是目前列车单元碰撞仿真分析中采用的主流模型，可用于列车单元车体耐撞性结构设计，但“列车单元集中质量-弹簧模型”由于忽略了某些关键忽略关键因素而增加了人为因素，因此，存在明显的缺陷：无法真实的模拟各节车体的完整响应；无法模拟列车的“V”型脱轨失效；无法考察摩擦对动量和能量的影响。

EN 15227：2008(E)给出了参考列车(reference train)的定义：用于整车(包括机车、动力头车和驾驶拖车)评估与验证的列车配置，但其不构成整车的一个固定部分，不同整车类型的评估与验证需要定义不同的参考列车。本发明基于“抓住主要矛盾，忽略次要矛盾”的思想，提出了“参考列车单元(reference train unit)碰撞试验模型”和“参考列车单元碰撞仿真模型”及其组装方法，分别用于列车单元碰撞试验验证和数值仿真。

参考列车(reference train)和参考列车单元(reference train unit)是两个具有本质区别的概念，前者是进行整车耐撞性评估与验证的试验条件，不构成列车单元的一部分，后者是进行列车单元耐撞性试验的考察对象，是对真实列车单元的简化，两者相同之处是均对车体结构进行刚性简化处理。

参考列车单元的提出，基于以下两点依据：

第一点，在法规要求的碰撞试验中乘员区车体结构不能发生变形，即保证生存空间和乘客区域的结构完整性，因而，列车单元的碰撞安全性能实际上由相关的子系统性能决定，如半永久车钩、防爬器、压溃吸能区等，因此，可以采用刚性底架代替不允许变形的真实车体结构，即组装参考列车单元用于碰撞试验与仿真，在车体耐撞性设计早期便可获取设计目标值，指导结构设计；

第二点：在列车单元碰撞试验中，只要受碰撞载荷最严重的车体发生变形，其它车体实际上就被保护了起来而不会发生严重变形，从列车碰撞事故中可得到验证；只要受碰撞载荷最严重的车体不发生变形，由于车体结构相同而碰撞载荷要小，因而其它车体更不会发生变形，因此，在车体耐撞性设计后期，只需评估受碰撞载荷最严重的车体便可评估列车单元的耐撞性，可用真实的车体结构或详细的车体结构有限元模型代替受碰撞载荷最严重的刚性底架，一般是与头车相连的刚性底架。

发明内容

1、本发明所要解决的技术问题

针对现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题是：实现采用“参考列车单元碰撞试验”与采用“真实的列车单元碰撞试验”来评估列车单元耐撞性能方面，在所达到的试验效果和目的上两者是完全等效的，从而间接推翻“采用真实的列车单元碰撞试验来评估其耐撞性能是不切实际的”的观点，同时，采用“参考列车单元碰撞仿真模型”代替“列车单元集中质量-弹簧仿真模型”，提高仿真分析精度和仿真预测功能，实现对列车单元耐撞性的全面评估，更好的指导列车单元的结构耐撞性设计。

2、本发明的技术方案

为了达到实现本发明所要解决的技术问题的目的，得到“参考列车单元碰撞试验模型”和“参考列车单元碰撞仿真模型”，制定了如下的组装方法：

第一步，参考头车组装：参考头车由头车刚性底架(1)、头车转向架(2)、半自动车钩安装支座(3)、防爬器与前端吸能结构(4)、半自动车钩(5)和头车半永久车钩安装支座(6)组成，其组装顺序为：

(a)将头车刚性底架(1)安装在头车转向架(2)上，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到头车车体结构模块(A)；

(b)将半自动车钩安装支座(3)安装于防爬器与前端吸能结构(4)上，然后将半自动车钩(5)安装在半自动车钩安装支座(3)上，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到头车前端结构模块(B)；

(c)将头车前端结构模块(B)通过固定连接安装在头车车体结构模块(A)的前端，头车半永久车钩安装支座(6)安装在头车车体结构模块(A)的后端，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到参考头车(C)；

第二步，参考挂车组装：参考挂车由挂车刚性底架(7)、挂车转向架(2)、挂车半永久车钩安装支座(6)和半永久车钩(8)组成，其组装顺序为：

(a)将挂车刚性底架(7)安装在挂车转向架(2)上，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到含转向架的挂车结构模块(D)；

(b)将两个挂车半永久车钩安装支座(6)安装在含转向架的挂车结构模块(D)上，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到挂车刚性车体结构模块(E)；

(c)将半永久车钩(8)一端安装在挂车刚性车体结构模块(E)前端的挂车半永久车钩安装支座(6)上，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到一节参考挂车(F)；

第三步，参考挂车单元组装：重复第二步中参考挂车的组装方法，得到与列车单元编组数量少一节的参考挂车数量，将每节参考挂车的半永久车钩(8)未连接的一端与另一节参考挂车后端的半永久车钩安装支座(6)依次进行连接，连接方式与设计或实际情况相一致或等效，得到参考挂车单元(G)；

第四步，参考列车单元组装：将参考头车(C)中的半永久车钩安装支座(6)与参考挂车单元(G)中未连接的半永久车钩(8)的另一端进行连接，连接方式与设计或实际情况相一致或等效，得到参考列车单元(H)；

第五步，参考列车单元配重：根据参考头车和参考挂车的设计装备质量及其质量分布，在参考列车单元(H)的刚性底架上采用质量块(9)进行配重，质量块(9)固定于刚性底架上。

所述的参考列车单元碰撞模型的组装方法，将参考挂车单元中受碰撞载荷最严重的刚性底架采用真实的底架或详细的底架结构有限元模型代替，并按刚性底架的配重方法予以配重。

所述的参考列车单元碰撞模型的组装方法，将参考挂车单元中受碰撞载荷最严重的刚性底架采用真实的车厢或详细的车厢结构有限元模型代替。

所述的参考列车单元碰撞模型的组装方法，在第四步中采用真实的头车或详细的头车结构有限元模型代替参考头车，与参考挂车单元(G)相连接。

所述的参考列车单元碰撞模型的组装方法，其特征在于可以对参考列车单元刚性底架末端增加吸能结构，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效。

所述的参考列车单元碰撞模型的组装方法，在列车碰撞试验中，参考列车单元中最后一节挂车除半永久车钩(8)外，采用动力机车或真实的头车代替。

3、本发明的有益效果

本发明提供了一种参考列车单元碰撞模型的组装方法，将在列车车体结构耐撞性设计的不同阶段提供重要的设计指导，其有益效果如下：

(1)概念设计阶段：利用本发明的参考列车单元组装方法，得到参考列车单元碰撞仿真模型，可以对列车单元整体耐撞性进行全面评估：

a.车体耐撞性能设计：假设对撞列车单元不会产生防爬失效和“V”型脱轨失效，单纯考察各节车体的载荷等响应历程，确定受碰撞载荷最严重的车体，在碰撞速度为25km/h下，一般为与头车相连的第一节挂车，将其碰撞载荷作为车体抗载性能结构设计的目标参数；

b.防爬性能设计：假设对撞列车单元不会产生车体结构失效和“V”型脱轨失效，单纯考察防爬器的防爬性能正常发挥的条件，主要确定压溃梁压溃刚度对防爬器性能的影响，以此确定压溃梁的最佳压溃刚度；

c.防脱轨性能设计：假设对撞列车单元不会产生车体结构失效和防爬失效，单纯考察车钩连接的侧向和垂向载荷和位移，确定防侧向和垂向位移的结构方案，以减少“V”型脱轨失效分风险，或者评估在弧线轨道上列车“V”型脱轨失效的风险。

(2)工程设计阶段：利用本发明的参考列车单元的组装方法，得到参考列车单元碰撞试验模型和更新的参考列车单元碰撞仿真模型：

一方面，利用参考列车单元物理模型对关键零部件进行在列车单元碰撞条件下的验证试验，提高零部件设计的可靠性，同时，评估列车单元各种碰撞安全设计参数，并对参考列车单元仿真模型进行修正，进一步提高仿真分析的精度；

另一方面，对概念设计阶段的“参考列车单元仿真模型”进行更新：根据详细的工程设计数据，将受撞击载荷作用最严重的刚性底架替换成详细的车体结构有限元模型，同时，将防爬性能和车钩抗侧向和垂向位移等技术问题的解决方案反映到模型中，以全面评估列车单元的碰撞安全性能。

(3)工程验证阶段：利用本发明的参考列车单元的组装方法，得到更新的参考列车单元碰撞试验模型：

将受撞击载荷作用最严重的一节刚性底架替换成真实的车体结构，同时，将防爬性能和车钩抗侧向和垂向位移等技术问题的解决方案反映到参考列车单元碰撞试验模型中，对参考列车单元进行碰撞安全性能验证试验，以全面评估列车单元的碰撞安全性能，并对参考列车单元仿真模型进行修正，进一步提高仿真分析的精度。

本发明提供的一种参考列车单元碰撞试验与仿真模型及其组装方法，为列车单元耐撞性设计的不同阶段提供了试验和分析手段，大大提高了列车单元耐撞性设计的可靠性；由于在车体耐撞性设计早期，参考列车单元碰撞试验与仿真便可介入，大大缩短了研发周期；由于参考列车单元的使用具有可重复性，可显著降低碰撞的试验成本，却可以获得与进行真实的列车单元碰撞试验相同的效果，因此，本发明对提高列车单元的耐撞性能具有重要的工程实践意义。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

附图1是参考头车组装流程；

附图2是参考头车；

附图3是参考挂车组装流程；

附图4是参考挂车；

附图5是参考挂车单元；

附图6是参考列车单元；

附图7是配重后的参考列车单元；

附图8是参考列车单元对撞接触碰撞载荷曲线；

附图9是运动参考列车单元各连接车厢之间的载荷作用曲线；

附图10是参考列车单元各节车厢中部位移变化曲线；

附图11是参考列车单元各节车厢中部速度变化曲线；

附图12是参考列车单元各节车厢中部加速度变化曲线；

附图13是运动参考列车单元头车净接触载荷和加速度变化趋势比较。

具体实施方式

根据附图，具体说明本发明的实施例。

实施例1

本实施例给出了参考列车单元碰撞试验模型的组装方法，其步骤为：

第一步，参考头车试验模型组装：参考头车由头车刚性底架(1)(指在碰撞过程中不会发生明显的变形)、头车转向架(2)、半自动车钩安装支座(3)、防爬器与前端吸能结构(4)、半自动车钩(5)和头车半永久车钩安装支座(6)组成，准备好相关零部件和总成，参考头车组装流程如图1所示，其组装顺序为：

(a)按照实际设计或使用的安装方式和安装位置，将头车刚性底架(1)安装在转向架(2)上，得到头车车体结构模块(A)；

(b)按照实际设计或使用的安装方式和安装位置，将半自动车钩安装支座(3)安装于防爬器与前端吸能结构(4)上，然后将半自动车钩(5)安装在半自动车钩安装支座(3)上，得到头车前端结构模块(B)；

(c)按照实际设计或使用的安装方式和安装位置，将头车前端结构模块(B)通过固定连接安装在头车车体结构模块(A)的前端，头车半永久车钩安装支座(6)安装在头车车体结构模块(A)的后端，得到参考头车(C)，如图2所示；

第二步，参考挂车试验模型组装：参考挂车由挂车刚性底架(7)、挂车转向架(2)、挂车半永久车钩安装支座(6)和半永久车钩(8)组成，准备好相关零部件和总成，参考挂车组装流程如图3所示，其组装顺序为：

(a)按照实际设计或使用的安装方式和安装位置，将挂车刚性底架(7)安装在挂车转向架(2)上，得到含转向架的挂车结构模块(D)；

(b)按照实际设计或使用的安装方式和安装位置，将两个挂车半永久车钩安装支座(6)安装在含转向架的挂车结构模块(D)上，得到挂车刚性车体结构模块(E)；

(c)按实际设计或使用安装方式和安装位置，将半永久车钩(8)一端安装在挂车刚性车体结构模块(E)前端的半永久车钩安装支座上，得到一节参考挂车(F)，如图4所示；

第三步，参考挂车单元试验模型组装：重复第二步中参考挂车的组装方法，得到与列车单元编组数量少一节的参考挂车数量，以列车单元八节编组为例，则参考挂车数量为七节，将每节参考挂车的半永久车钩(8)未连接的一端与另一节参考挂车后端的半永久车钩安装支座(6)依次进行连接，得到参考挂车单元(G)，如图5所示；

第四步，参考列车单元试验模型组装：将参考头车(C)中的半永久车钩安装支座(6)与参考挂车单元(G)中未连接的半永久车钩(8)的另一端进行连接，得到参考列车单元(H)，如图6所示；

第五步，参考列车单元试验模型配重：根据参考头车和参考挂车的设计装备质量及其质量分布，在参考列车单元(H)的刚性底架上采用质量块(9)进行配重，如假设一节参考挂车的装备质量是35吨，则需要配置的质量块质量为35吨减去参考挂车的质量，配重的基本原则是配重后得到的重心与设计或实际的重心相一致，质量块(9)固定于刚性底架上，配重后的参考列车单元如图7所示。

按照相关法规试验要求，则可以进行列车单元碰撞试验，以地铁列车单元为例，按照EN15227：2008(E)的试验工况为一列以25km/h运动的列车单元在平直的轨道上对撞一列制动静止的相同列车单元，根据本发明，即采用一列以25km/h运动的参考列车单元碰撞试验模型在平直的轨道上对撞一列制动静止的相同参考列车单元碰撞试验模型，以代替法规中真实的列车单元。

实施例2

本实施例给出了参考列车单元碰撞仿真模型的组装方法，其步骤为：

第一步，参考头车仿真模型组装：参考头车由头车刚性底架(1)(指在碰撞过程中不会发生明显的变形，在仿真模型中使用刚体模拟)、头车转向架(2)、半自动车钩安装支座(3)、防爬器与前端吸能结构(4)、半自动车钩(5)和头车半永久车钩安装支座(6)组成，按照相应的列车碰撞模型建模质量标准，分别建立各部分的有限元模型，其中，要求半自动车钩(5)的有限元模型已进行了标定，即其力学性能与试验或设计的基本一致，参考头车组装流程同实施例1，如图1所示，其组装顺序为：

(a)对实际设计或使用的安装方式进行等效，根据实际的安装位置，将头车刚性底架(1)安装在头车转向架(2)上，得到头车车体结构模块(A)；

(b)对实际设计或使用的安装方式进行等效，根据实际的安装位置，将半自动车钩安装支座(3)安装于防爬器与前端吸能结构(4)上，然后将半自动车钩(5)安装在半自动车钩安装支座(3)上，得到头车前端结构模块(B)；

(c)对实际设计或使用的安装方式进行等效，根据实际的安装位置，将头车前端结构模块(B)通过固定连接安装在头车车体结构模块(A)的前端，头车半永久车钩安装支座(6)安装在头车车体结构模块(A)的后端，得到参考头车(C)，同实施例1，如图2所示；

第二步，参考挂车仿真模型组装：参考挂车由挂车刚性底架(7)、挂车转向架(2)、挂车半永久车钩安装支座(6)和半永久车钩(8)组成，按照相应的列车碰撞模型建模质量标准，分别建立各部分的有限元模型，其中，要求半永久车钩(8)有限元模型已进行了标定，即其力学性能与试验或设计的基本一致，参考挂车仿真模型组装流程同实施例1，如图3所示，其组装顺序为：

(a)对实际设计或使用情况的安装方式进行等效，根据实际的安装位置，将挂车刚性底架(7)安装在挂车转向架(2)上，得到含转向架的挂车结构模块(D)；

(b)对实际设计或使用情况的安装方式进行等效，根据实际的安装位置，将两个挂车半永久车钩安装支座(6)安装在含转向架的挂车结构模块(D)上，得到挂车刚性车体结构模块(E)；

(c)对实际设计或使用的安装方式进行等效，根据实际的安装位置，将半永久车钩(8)的一端安装在挂车刚性车体结构模块(E)前端的半永久车钩安装支座上，得到一节参考挂车(F)，同实施例1，如图4所示；

第三步，参考挂车单元仿真模型组装：重复第二步中参考挂车的组装方法，得到与列车单元编组数量少一节的参考挂车数量，以列车单元八节编组为例，则参考挂车数量为七节，将每节参考挂车的半永久车钩(8)未连接的一端与另一节参考挂车后端的半永久车钩安装支座(6)依次进行连接，得到参考挂车单元(G)，同实施例1，如图5所示；

第四步，参考列车单元仿真模型组装：将参考头车(C)中的半永久车钩安装支座(6)与参考挂车单元(G)中未连接的半永久车钩(8)的一端进行连接，得到参考列车单元(H)，同实施例1，如图6所示；

第五步，参考列车单元仿真模型配重：根据参考头车和参考挂车的设计装备质量及其质量分布，在参考列车单元(H)的刚性底架上采用质量块(9)进行配重，如假设一节参考挂车的装备质量是35吨，则需要配置的质量块质量为35吨减去参考挂车的质量，配重的基本原则是配重后得到的重心与设计或实际重心相一致，质量块(9)固定于刚性底架上，配重后的参考列车单元，同实施例1，如图7所示。

按照相关法规试验要求，则可以进行列车单元碰撞仿真分析，以地铁列车单元为例，按照EN 15227：2008(E)的试验工况为一列以25km/h运动的列车单元在平直的轨道上对撞一列制动静止的相同列车单元，根据本发明，即采用一列以25km/h运动的参考列车单元有限元模型在平直的轨道上对撞一列制动静止的相同参考列车单元有限元模型，以代替法规中完整的列车单元有限元模型。

按照EN 15227：2008(E)对某地铁参考列车单元碰撞仿真模型进行了模拟计算，在仿真模型中考虑了摩擦力的影响，得到了列车单元主要的碰撞参数——能量吸收、碰撞载荷、位移、速度、加速度等，由于静止参考列车单元与运动参考列车单元碰撞对应车厢的响应具有对称性，因此，主要以运动参考列车单元的计算结果进行说明。

图8是参考列车单元对撞接触碰撞载荷曲线，在140ms以前为半自动车钩压溃吸能，其压溃载荷与设计值吻合，车钩脱落后，瞬间出现一接触载荷峰值，表明两参考列车单元防爬器发生了碰撞，之后，两参考列车单元压溃吸能区不断压溃吸能，碰撞载荷维持在1000KN左右。

图9是运动参考列车单元各相连接车厢之间载荷作用曲线，表明参考列车单元“以受控的方式吸收撞击能量”，前面四节挂车车厢每条曲线的水平段表示半永久车钩的压溃过程，其压溃载荷与设计值相吻合，之后均出现一个载荷峰值，表示车钩连接的后一节车厢对前一节车厢的刚性撞击；受后面车厢撞击的影响，之前的车厢之间又会产生一个新的撞击载荷峰值；后面三节挂车车厢的载荷曲线表明半永久车钩未被完全压溃或未被压溃，参考列车单元还有通过零部件或子系统进一步吸收碰撞能量的潜力，表明在法规规定的条件下，对列车单元的车厢末端设置吸能区域是没有必要的；受撞击载荷最严重的车厢为第一节挂车车厢，其撞击载荷峰值为2200KN。

图10是参考列车单元各节车厢中部位移变化曲线，运动的参考列车单元，离头车越远的挂车，位移越大，两相邻车厢之间的距离变化等于车钩缩短的距离；静止的参考列车单元，离头车越远的挂车，位移越小，两相邻车厢之间的距离变化等于车钩缩短的距离，根据车体位移、质量和摩擦系数，可以计算得到车体变形结束时，运动参考列车单元的摩擦耗能为1424KJ，静止参考列车单元的摩擦耗能为739KJ。

图11是参考列车单元各节车厢中部速度变化曲线，运动参考列车单元与静止参考列车单元对应车厢之间的速度变化趋势具有对称性，一次撞击过程，是对应车厢之间进行动量的交换，运动车厢减小的速度值等于静止车厢增加的速度值，之后在某一共同速度下上下波动，该共同速度会随着撞击的不断发生，逐步变小，其原因是由于摩擦力作用产生的动量损失，参考列车单元所有车厢在1080ms左右获得一个基本一致的共同速度。

图12是参考列车单元各节车厢中部加速度变化曲线，该加速度曲线与图9的载荷作用曲线相对应，前面四节挂车车厢的加速度峰值与载荷峰值出现的时间点一致，同样受后面车厢撞击的影响，之前的车厢之间又会产生一个新的加速度峰值；后面三节挂车车厢的未出现明显的加速度峰值；加速度峰值最大的为第一节挂车车厢，其峰值为4.3g，满足EN 15227：2008(E)规定的不能超过5g的要求。

图13是运动参考列车单元头车净接触载荷和加速度变化趋势比较，表明头车净接触载荷和加速度变化趋势是一致的，满足EN 15227：2008(E)规定的“列车单元每辆考察车厢的平均减速的确定方法应与车厢上的净接触力超过零开始到再次下降到零为止的时间相对应”的要求，表明参考列车单元碰撞仿真模型具有很高的可靠性。

参考列车单元碰撞仿真模型动量、能量和质量均守恒，即根据位移、速度等相关参数计算得到的动量和能量与仿真模型直接输出的动量和能量基本一致，列车结构变形结束时，车钩系统吸能占初始总动能的18％，摩擦耗散能量占初始总动能的34.2％，摩擦耗散动量占初始总动量的39％，列车单元最终静止时，摩擦耗散能量至少占初始总动能的57.2％，因此，摩擦是列车单元碰撞仿真分析中的一个关键因素之一，在仿真模型中不可忽略。

从以上仿真结果分析中，可以得出结论：在既定的零部件和子系统碰撞性能下，要满足法规EN 15227：2008(E)的要求，该地铁列车车体抗撞击能力的设计目标值不能低于2200KN。

Claims (6)

1.一种参考列车单元碰撞模型的组装方法，其步骤包括：

第一步，参考头车组装：参考头车由头车刚性底架(1)、头车转向架(2)、半自动车钩安装支座(3)、防爬器与前端吸能结构(4)、半自动车钩(5)和头车半永久车钩安装支座(6)组成，其组装顺序为：

(a)将头车刚性底架(1)安装在头车转向架(2)上，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到头车车体结构模块(A)；

(b)将半自动车钩安装支座(3)安装于防爬器与前端吸能结构(4)上，然后将半自动车钩(5)安装在半自动车钩安装支座(3)上，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到头车前端结构模块(B)；

(c)将头车前端结构模块(B)通过固定连接安装在头车车体结构模块(A)的前端，头车半永久车钩安装支座(6)安装在头车车体结构模块(A)的后端，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到参考头车(C)；

第二步，参考挂车组装：参考挂车由挂车刚性底架(7)、挂车转向架(2)、挂车半永久车钩安装支座(6)和半永久车钩(8)组成，其组装顺序为：

(a)将挂车刚性底架(7)安装在挂车转向架(2)上，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到含转向架的挂车结构模块(D)；

(b)将两个挂车半永久车钩安装支座(6)安装在含转向架的挂车结构模块(D)上，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到挂车刚性车体结构模块(E)；

(c)将半永久车钩(8)一端安装在挂车刚性车体结构模块(E)前端的挂车半永久车钩安装支座(6)上，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效，得到一节参考挂车(F)；

第三步，参考挂车单元组装：重复第二步中参考挂车的组装方法，得到与列车单元编组数量少一节的参考挂车数量，将每节参考挂车的半永久车钩(8)未连接的一端与另一节参考挂车后端的半永久车钩安装支座(6)依次进行连接，连接方式与设计或实际情况相一致或等效，得到参考挂车单元(G)；

第四步，参考列车单元组装：将参考头车(C)中的半永久车钩安装支座(6)与参考挂车单元(G)中未连接的半永久车钩(8)的另一端进行连接，连接方式与设计或实际情况相一致或等效，得到参考列车单元(H)；

第五步，参考列车单元配重：根据参考头车和参考挂车的设计装备质量及其质量分布，在参考列车单元(H)的刚性底架上采用质量块(9)进行配重，质量块(9)固定于刚性底架上。

2.根据权利要求1所述的参考列车单元碰撞模型的组装方法，其特征在于将参考挂车单元中受碰撞载荷最严重的刚性底架采用真实的底架或详细的底架结构有限元模型代替，并按刚性底架的配重方法予以配重。

3.根据权利要求1所述的参考列车单元碰撞模型的组装方法，其特征在于将参考挂车单元中受碰撞载荷最严重的刚性底架采用真实的车厢或详细的车厢结构有限元模型代替。

4.根据权利要求1所述的参考列车单元碰撞模型的组装方法，其特征在于在第四步中采用真实的头车或详细的头车结构有限元模型代替参考头车，与参考挂车单元(G)相连接。

5.根据权利要求1或2或3所述的参考列车单元碰撞模型的组装方法，其特征在于可以对参考列车单元刚性底架末端增加吸能结构，安装方式和安装位置与设计或实际情况相一致或等效。

6.根据权利要求1或2或3所述的参考列车单元碰撞模型的组装方法，其特征在于在列车碰撞试验中，参考列车单元中最后一节挂车除半永久车钩(8)外，采用动力机车或真实的头车代替。

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