[发明专利]列车能量分配快速分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及列车被动安全分析领域，具体为快速实现轨道客车设计前期车辆端部能量分配的方法。

背景技术

随着列车速度和运转效率的提高，列车的运行过程中碰撞事故时有发生，也越发受到人们的关注，列车碰撞事故的发生不但威胁旅客的生命安全还会有巨大的经济损失和信誉影响，随着7.23动车追尾事故和上海地铁追尾事故发生说明即使采用了先进的信号、调度管理和程序化管理等主动防护措施，列车的碰撞事故还是不可避免。因此，做好被动安全防护保护旅客的生命安全，减少经济损失是值得我们深入研究的。

由于模型及计算机硬件条件限制，国内列车碰撞吸能分析多采用单节带司机室车辆碰撞刚性墙进行前端吸能研究，反应车辆端部结构吸能情况，无法预测各车辆间吸能装置的吸能状况，国道客车设计前期能量分配计算多为美国OLEO公司垄断，其利用自己内部开发软件进行计算，这种合作方式带来的弊端就是交流和信息反馈不及时，耽误设计进度，增加设计成本；国内轨道客车制造厂家仿真工程师也尝试采用列车有限元编组模型进行仿真，同样会带来大量的计算时间，每次计算需要上百小时，加长设计周期，加大设计成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于LS-DYNA软件平台列车能量分配分析方法，快速实现轨道客车在不同速度不同状态下发生碰撞时，车辆端部吸能装置吸能状态，指导设计进行优化吸能结构，减少设计周期，为列车被动安全设计提供可靠的理论支持。

为实现上述目的，本发明提供一种列车能量分配快速分析方法，其特征在于包括下列步骤：

(101)利用HYPERMESH软件建立车体刚性模型、车钩缓冲装置模型、轮轨模型，轮轨模型包括车体重量信息、车体材料自由度状态、模型单元信息、停放制动信息、运行轮轨信息；

(102)施加列车自重，包括运动列车和静止列车的重力加速度；

(103)建立接触关系，包括运动列车内部接触、静止列车内部接触、运动列车与静止列车接触、轮轨接触；

(104)定义运动列车初始碰撞速度；

(105)定义输出信息；

(106)输出计算文件提交LS-DYNA平台计算；

(107)读取计算结果信息，依据计算结果进行分析判断，如果满足设计要求，分析结束，否则返回(101)修改设计参数重新计算。

本发明提出的快速能量分配分析方法，其优点如下：

(1)快速实现能量分配分析，8小时内完成模型建立，10分钟完成一次计算；

(2)获取车钩压溃力与压缩行程的关系，判断碰撞力是否超出许用范围；

(3)获取车辆速度、加速度时间曲线，从而判断列车是否碰撞吸能结束；

(4)获取车钩吸收能量、摩擦能，判断列车是否满足吸能要求；

(5)根据计算结果对输入参数进行优化、调整。

附图说明

图1是快速能量分配分析方法总体流程图；

图2全自动车钩力学性能曲线图；

图3半永久车钩(压溃管200)力学性能曲线图；

图4半永久车钩(压溃管400)力学性能曲线图；

图5加速度曲线图；

图6列车车钩及防爬器压溃行程曲线图；

图7各车辆速度变化曲线图；

图8列车碰撞过程中位移曲线图；

图9列车碰撞过程吸收曲线图。

具体实施方式

参照图1，本发明方法包括下列步骤：

101)模型建立

通过HYPERMESH软件建立列车车体刚性模型，通过材料模型约束车体运动方向、等效列车重量，只允许沿着车体纵向和垂向运动，通过非线性弹簧单元建立车钩缓冲器、压溃管模型，通过弹簧材料力-行程曲线属性驱动缓冲器、压溃管的运动，建立轮轨等效模型，轮轨模型自由度状态为全约束，输入列车停放制动状态或运动状态的摩擦系数，检查模型各项信息，完成列车模型建立。

6辆编组模型，动车重35吨，拖车重33吨，列车模型运动方式为只沿纵向自由度运动；轨道为刚性模型，自由度状态为约束所有自由度，车辆与轨道间摩擦系数停放制动状态为0.12，运动状态为0.002；车钩通过弹簧单元等效。