[发明专利]一种轨道列车碰撞仿真简化模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种轨道列车碰撞仿真简化模型的构建方法，包括：对目标中间车进行响应面划分；进行碰撞仿真实验获取到预设碰撞速度下每个响应面的响应位移和响应力；基于每个区间段的变形量识别每个区间段为塑性变形区间段或为弹性变形区间段以及计算每个弹性变形区间段的刚度，变形量与响应面的响应位移相关，刚度与响应面的响应位移、响应力相关；再构建轨道列车碰撞仿真全模型，并基于计算出的刚度对轨道列车碰撞仿真全模型上所有中间车的弹性变形区间段采用质量点和离散梁单元替代。本发明通过上述方法实现了更合理、准确的简化。

技术领域

本发明属于车辆碰撞仿真技术领域，具体涉及一种轨道列车碰撞仿真简化模型的构建方法。

背景技术

列车碰撞事故将极大地威胁乘客人身安全，造成严重的财产损失。故轨道列车耐撞性成为列车安全领域的研究重点。然而实车碰撞实验需耗费巨大的人力物力财力且实验的可重复性极低，因此利用仿真技术来进行车辆碰撞研究成为了重要手段，有效的对列车简化可以提高计算效率，降低计算成本，譬如现有仿真技术一般为基于非线性有限元的数值仿真技术，而多编组列车的有限元模型存在网格数量多的问题，相应将耗费较多的计算成本，因此，简化列车建模方法对提高计算效率，降低计算成本至关重要。

目前，南京航空航天大学提出了“一种基于参数化设计的整车碰撞仿真方法”专利，采用非线性有限元软件计算列车吸能元件的撞击力-冲程并确定吸能装置的等效总刚度，结合非线性有限元和非线性多体动力学两种方法进行整车碰撞仿真，但是其主要是针对各个车厢之间的吸能元件，并未揭示或者提供轨道列车车身结构的简化；中南大学提出了“一种铁道列车多车辆碰撞仿真的模型简化方法”专利，采用动态非线性大变形有限元方法对组成整车的头车和中间车进行简化，提取单节车辆不发生塑性变形的中间部位并计算出其总质量和中心位置，分别用相应质量点代替，将车体剩余部分的各个节点用梁单元连接；虽然采用质量点和梁单元对模型进行了简化，但是该技术未提供车体结构等效刚度的实现方案，且同一辆车体各个部分的刚度是存在较大差异，该方案也并未对车体各部分的刚体进行分析，因此模型简化方法的合理性、有效性和准确性仍有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种简化更合理、有效以及准确的轨道列车碰撞仿真简化模型的构建方法，基于刚度差异对列车中间车的变形分析划分出中间车的弹性变形区，再基于刚度分析对中间车的弹性变形区进行简化

一种轨道列车碰撞仿真简化模型的构建方法，包括如下步骤：

S1：构建局部仿真模型，并基于刚度差异对所述局部仿真模型内目标中间车进行响应面划分；

其中，所述局部仿真模型至少由包含头车在内的3节车构成，选择局部仿真模型中一个中间车作为目标中间车；

所述响应面为目标中间车外壳上开口的竖直侧边所在的截面，相邻两个响应面之间的结构为中间车的一个区间段；

S2：对所述局部仿真模型在预设碰撞速度下进行碰撞仿真实验获取到预设碰撞速度下所述目标中间车上每个响应面的响应位移和响应力；

其中，所述预设碰撞速度至少包含目标碰撞速度，所述目标碰撞速度下车辆弹性变形完全；

S3：基于目标碰撞速度下目标中间车上每个响应面的响应位移计算出每相邻两个响应面之间区间段的变形量，再基于每个区间段的变形量识别每个区间段为塑性变形区间段或为弹性变形区间段；

其中，相邻两个响应面之间区间段的变形量为所述相邻两个响应面的响应位移差值的绝对值；

S4：基于响应位移和响应力计算每个弹性变形区间段的刚度；

弹性变形区间段的刚度等于弹性变形区间段的变形载荷除以变形量，所述变形载荷为弹性变形区间段对应的相邻两个响应面的响应力之差的绝对值；