高速客车车体耐碰撞结构设计
客车正面碰撞车身结构耐撞性分析与改进
客车正面碰撞车身结构耐撞性分析与改进
吴长风;那景新;杨佳宙;苏亮;卢琳兆
【期刊名称】《客车技术与研究》
【年(卷),期】2018(040)004
【摘要】以一款12 m承载式公路客车为研究对象,进行实车30 km/h碰撞测试和整车CAE模型验证,并对车辆结构的耐撞性进行分析,提出前部结构改进方案,结构耐撞性有明显的提升.
【总页数】4页(P4-7)
【作者】吴长风;那景新;杨佳宙;苏亮;卢琳兆
【作者单位】吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春 130022;厦门金龙联合汽车工业有限公司,福建厦门 361023;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春 130022;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春 130022;厦门金龙联合汽车工业有限公司,福建厦门 361023;厦门金龙联合汽车工业有限公司,福建厦门 361023
【正文语种】中文
【中图分类】U461.91;U467.1+4
【相关文献】
1.车身前端结构轻量化对正面碰撞耐撞性的影响 [J], 栾家男;胡宁
2.微型客车车身结构正面碰撞参数化模型的建立 [J], 林逸;刘静岩;张君媛;张建伟;王宇
3.微型客车车身结构正面碰撞特性的数值模拟 [J], 郝春鹏;范子杰;桂良进;陈宗渝
4.大客车正面碰撞结构耐撞性分析与改进 [J], 黎勇;吴长风;蓝平辉;叶松奎;那景新
5.承载式客车车身骨架尾部结构分析与改进 [J], 李世喆
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微型客车正面碰撞结构耐撞性仿真与优化设计
摘要微型客车具有经济、小巧、灵活等特点，在我国拥有广泛的市场。
我国的微型客车多为平头或短头结构，前部变形区较短，通常被动安全性较差。
在汽车耐撞性设计中，要求车身结构利用前部吸能区缓冲吸收碰撞动能，同时控制侵入量和车身变形，以保证乘员生存空间。
因此，研究微型客车的结构耐撞性优化设计方法，对改善汽车碰撞安全性、提高产品质量具有非常重要的意义。
本文对某全新开发的微型客车进行了结构耐撞性优化设计研究。
首先进行了正面碰撞仿真分析，针对初始结构设计存在的不足，进行了相应改进设计。
在改进设计中，通过采用延长吸能长度、控制吸能模式、减少方向盘侵入量及增强局部结构刚度等的有效设计方法，来提高客车结构的被动安全性；改进后的整车在实车碰撞试验中一次性地顺利通过了国家正面碰撞安全性法规GB11551-2003。
为了最大限度地提高该款车型的碰撞安全性，同时兼顾轻量化要求，对该车主要吸能部件进行了进一步优化。
优化计算时运用了整车的简化模型以减少计算时间，提高计算效率；结合最优拉丁方试验设计、Kriging代理模型和NSGA-II遗传算法，对板件厚度、结构尺寸、空间布置、焊点间距等多个对结构耐撞性有重要影响的参数进行了优化设计，在提高结构耐撞性的同时实现了主要吸能部件轻量化。
研究结果表明：在微型客车正面碰撞安全性的产品开发中，本文采用的结构优化设计方法是切实可行的，能够快速、经济、有效地解决汽车结构耐撞性优化难题，从而降低产品开发成本、缩短开发周期、提高产品质量。
关键词：微型客车；耐撞性；仿真；代理模型；优化设计AbstractThere is a wide market in china for minibus due to its economical efficiency, mobility and smartness. However, it commonly has poor crashworthiness performance because of the short energy absorption length. In the process of crashworthiness design, the kinetic energy of the vehicle should be absorbed by the front structure, simultaneously, the body deformation should be efficiently controlled to leave living space for passengers. Therefore, Developing a effective structural crashworthiness optimization design method is of significance for the improvement of crashworthiness and the increase of product quality.The vehicle collision is a dynamic process with large displacements and deformations, which could not be expressed explicitly. Confronted with optimum design of crashworthiness, surrogate model technology is commonly used. If the whole vehicle model is adopted for sampling, the calculation resource consuming will be very large. However, when a simplified model rather than the whole vehicle was applied, the computation efficiency will be raised with the reduced computational requirement.This paper studies the crashworthiness optimization design for a new developed minibus. Firstly the 100% frontal impact simulation is conducted. Based on the issues existed in the initial structural design, corresponding improvement schemes are brought out. The design schemes of lengthening the energy absorption structure, reducing the intrusion and increasing the structure stiffness are proposed, by which the crashworthiness performance has been significantly improved and the minibus has smoothly passed the national frontal impact regulation GB11551-2003. In order to improve the crashworthiness as much as possible and to meet the requirement of lightweight design, further researches on the optimal design for principal energy absorption structures are carried out, in which the simplified model rather than the whole vehicle model is used to raise the computation efficiency with the computation time reduced. In the process of design, the optimal Latin hypercube designs, Kring approximation model and NSGA-II genetic algorithm are adopted to optimize the structure parameters, which are critical to the structural crashworthiness. Good results are acquired with the improvement of the vehicle crashworthiness and the reduction of the total weight of the critical energy absorption member.As the research indicates, the method presented in this paper is feasible toimprove the structural crashworthiness of the minibus quickly, economically, and efficiently, which makes important sense to cut the production costs, to shorten the development cycle and to increase the product quality.Key Words: Minibus; Crashworthiness; Simulation; Surrogate Model; Optimization Design目录学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书 (I)摘要........................................................................................................................ I I Abstract . (III)目录 (V)第1章绪论 (1)1.1微型客车碰撞安全性研究背景及意义 (1)1.2 微型客车碰撞安全性研究内容和方法 (2)1.2.1 微型客车碰撞安全性研究内容 (2)1.2.2 微型客车碰撞安全性研究方法 (5)1.3 微型客车结构耐撞性国内外研究现状 (6)1.4 本文主要研究内容 (8)1.5 本文主要创新性工作 (8)第2章微型客车正面碰撞结构耐撞性仿真分析 (9)2.1 微型客车碰撞有限元法的基本理论 (9)2.2 微型客车正面碰撞有限元模型的建立 (12)2.3 微型客车正面碰撞结构耐撞性分析 (15)2.3.1 加速度分析 (16)2.3.2 整车变形分析 (18)2.4 本章小结 (19)第3章微型客车正面碰撞结构耐撞性改进 (20)3.1 微型客车正面碰撞结构设计策略 (20)3.2 初始结构耐撞性设计中的不足 (21)3.3 结构耐撞性改进 (23)3.3.1 变形区设计改进 (23)3.3.2 不变形区设计改进 (27)3.4 改进后碰撞安全性分析 (30)3.4.1 加速度分析 (30)3.4.2 整车变形分析 (31)3.5 本章小结 (32)第4章微型客车正面碰撞耐撞性与轻量化优化设计 (34)4.1 基于代理模型的优化理论 (34)4.1.1 试验设计 (35)4.1.2 代理模型 (37)4.2 碰撞简化模型的建立 (40)4.3 碰撞安全问题优化流程 (42)4.4 主要吸能部件多目标优化 (43)4.4.1 优化模型建立 (43)4.4.2 优化过程 (44)4.5 优化方案效果验证 (48)4.6 本章小结 (49)总结与展望 (50)参考文献 (52)附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录 (52)附录B攻读硕士学位期间所参加的科研项目 (57)致谢 (58)第1章绪论1.1微型客车碰撞安全性研究背景及意义汽车作为一种交通工具，给人们的日常生活带来了极大地方便。
汽车碰撞防护结构设计与仿真分析
汽车碰撞防护结构设计与仿真分析随着汽车行业的快速发展，人们对汽车安全性能的要求也越来越高。
汽车碰撞防护结构是汽车 passively safety 的重要组成部分，其设计与仿真分析对于保护乘客在碰撞事故中的生命安全起着至关重要的作用。
本文将围绕汽车碰撞防护结构的设计原理、工程应用和仿真分析方法进行探讨。
汽车碰撞防护结构的设计原理是基于汽车碰撞事故的力学原理，主要目的是减轻碰撞时产生的冲击力和能量，保护车内乘员的安全。
设计师通常会采用吸能结构和衰减器来减少碰撞产生的冲击力。
吸能结构通常包括前部防撞梁、侧面加强梁和车顶梁等，它们能将部分冲击能量吸收并分散到整个结构。
而衰减器则通过变形吸收冲击力，并缓解乘员受到的冲击。
通过合理布置和设计这些防护结构，可以最大限度地保护乘员的安全。
工程应用方面，设计师需要考虑汽车碰撞防护结构的安全性、轻量化和制造成本等因素。
安全性是设计的首要考虑因素，因为碰撞防护结构的主要目标是保护乘员的生命安全。
在进行设计时，需要注意车身刚度、碰撞试验等方面的要求。
轻量化是当前汽车工业的重要发展方向，因为降低车身质量可以提高燃油经济性和行驶性能。
因此，在设计碰撞防护结构时，设计师要在保证安全性的前提下尽量减少结构的重量。
制造成本也是设计过程中的关键因素。
制造成本的降低可以使得汽车更加普及，因此设计师要在满足安全性和轻量化的前提下尽可能降低制造成本。
仿真分析在汽车碰撞防护结构的设计中起着重要的作用。
通过数字模拟，可以在不同碰撞情况下评估碰撞防护结构的性能，并进行优化设计。
在仿真分析中，设计师可以使用有限元分析方法对碰撞防护结构进行模拟。
有限元分析是一种数值计算方法，能够模拟材料和结构的力学行为，预测结构在不同加载条件下的响应。
这种方法可以帮助设计师了解碰撞防护结构在受到冲击时的应力、变形和能量吸收情况。
通过不断优化设计和吸收碰撞能量的路径，设计师可以提高碰撞防护结构的性能。
此外，利用仿真分析还可以进行碰撞事故模拟，并评估乘员的安全性能。
营运客车追尾碰撞仿真及后部结构耐撞性研究的开题报告
营运客车追尾碰撞仿真及后部结构耐撞性研究的开题报告一、选题背景近年来，随着道路交通的不断发展，营运客车逐渐成为城市公共交通的重要组成部分。
然而，在客车行驶过程中，因为各种原因，如驾驶员疲劳、天气恶劣等，容易发生交通事故。
尤其是营运客车碰撞事故的后果十分严重，可能会导致死亡和严重伤害的发生。
为了提高营运客车的安全性能，需要进行客车的碰撞仿真及后部结构耐撞性研究。
通过模拟客车的追尾碰撞情况，了解客车在不同速度下的碰撞效果，从而为客车后部结构的改善提供依据。
本研究将利用仿真软件，在不同碰撞条件下进行客车追尾碰撞仿真，并对客车后部结构的耐撞性进行研究。
二、选题意义和研究内容1.选题意义营运客车的安全性能对于保障乘客安全至关重要。
营运客车发生交通事故的几率比非营运客车高得多，因此需要进一步研究营运客车的安全性能，提高其安全性能。
而客车追尾碰撞是常见的交通事故类型之一，对客车后部的结构损伤较大，容易引起乘客伤亡，因此有必要进行研究。
2.研究内容本研究将分为两个部分：客车追尾碰撞仿真及客车后部结构耐撞性研究。
（1）客车追尾碰撞仿真利用软件对客车追尾碰撞进行仿真，根据不同速度及碰撞角度下的结果进行分析，得出各种情况下客车的变形情况和受力情况，从而为客车后部结构的改善提供依据。
（2）客车后部结构耐撞性研究在追尾碰撞的基础上，分析客车后部结构的耐撞性，主要研究后部结构的变形及受力情况，并结合仿真结果，提出改善方案。
三、研究方法和技术路线1.研究方法本研究将采用仿真及试验相结合的方法，具体流程如下：（1）确定客车模型及仿真条件，模拟客车追尾碰撞情况。
（2）根据仿真结果，绘制客车的变形情况及受力情况，分析客车的碰撞效果。
（3）在试验室中，利用试验台架对客车后部结构的耐撞性进行检测，比对仿真结果。
（4）综合分析仿真及试验结果，提出客车后部结构的改善方案。
2.技术路线本研究将采用以下技术路线：（1）利用有限元分析软件建立客车的数值模型，进行仿真分析。
客车车身结构设计与强度分析18
客车车身结构设计与强度分析摘要：随着科学技术与汽车行业的迅猛发展，对客车车身结构设计与强度要求越来越高。
车身是客车系统中至关重要的部分，也是客车的主要承载主体，在一定程度直接影响着客车的使用性能与安全。
因此，只有保证客车的强度，优化车身结构设计，才可以延长客车的使用寿命。
基于此，本文从多个角度与层面就客车车身结构设计与强度进行深入探析。
关键词：客车车身；结构设计；强度分析引言：随着社会经济的快速发展，人们对汽车的需求日益增加，为了满足让人们多样化的需求，汽车行业不断开放新品种与服务。
当前，安全、节能、环保成为了汽车工作业可持续发展的主要方向，这也对客车身结构设计与强度控制方法面临着严峻挑战。
本文在保证车身结构强度基础之上，对新能源客车车身进行优化设计，希望给相关认识提供借鉴与帮助。
1.车身的有限元计算模型现阶段，各大汽车企业对汽车也越来越重视汽车车身强度结构的设计，在保证汽车质量与性能基础之上，对车身强度效果进行设计与研究。
在汽车装配过程中，经常发生强度问题引发汽车质量，也就是说有时候客车车身结构与客车质量是相互冲突的，所以，当前对于汽车企业来说，任何保证汽车质量又达到人们满意的承受力，对客车车身强度和刚度进行合理设计是当前需要解决的重要问题【1】。
所以需要对客车制造生产过程中发生的内外结构质量问题进行深入分析，并借助生产部门的MES系统对内外结构数据进行收集与整理，还要收集装配现场的问题分布情况，并且建立车身骨架的有限元模型，要建立减少单元和结构之间的重力，还必须考量反应客车车身实际结构的重力学特点，并且收集客车结构强度与刚度的比重信息，在完成相应数据收集之后，采用折线图或者条形图的方式具体分析数据，通过对客车车身客结构数据进行全方面分析与整理处理，找出发生问题的原因，并形成相应的书面材料，为后期的调查以及其他工作提供数据支持。
图1 有限元模型二、客车载荷的处理分析车身是客车最重要的组成部分，其主要作用是承受着客车以及客车内所有的重力，目前，我国对客车车身结构设计与载荷承受力的理论研究与实践应用研究还处于发展的初级阶段，相关技术手段与系统运行还不够成熟。
大客车翻滚碰撞有限元分析及车身局部结构优化设计34页PPT
随着客车运输的迅猛发展，公路客运 量也在急剧的增长，客车重大交通事故的 绝对数量目前也呈上升趋势，造成的生命 财产损失非常巨大。据统计，近五年全国 汽车翻车事故率仅次于侧面碰撞、正面碰 撞和追尾,约占总事故率的7%，汽车翻车死 亡率高达12%。
ECE R66法规——生存空间
五自由度弹簧质量振动系统
五 自 由 度 的 主 振 动
客车翻滚试验
翻 滚 试 验 台
客车侧翻过程
评价指标——生存空间
ECE R66对车身上部结构强度的要求主 要体现在以下两点：
（1）结构的任何移位部分不能侵入生存空 间之内。 （2）生存空间的任何部件不得突出到变形 结构之外。
采用显式积分的非线性有限元软件
有限元前处理
（1）简化处理 （2）载荷的处理 （3）接触的定义 （4）部件连接 （5）边分析和评价的一种方法 ，将线性定常系统微分方程组中的物理坐标 变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组 以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以 便求出系统的模态参数。
M X '' C X ' K X F
（1）分析评价法 （2）对比评价法
分析评价 法认为，结 构的动态响 应由外界激 励频率和该 频率下激励 分量大小以 及结构本身 的固有频率 和相应振型 决定。
模态分析
采用BLOCK-LANZOS方法，得到了低阶固有频率和振型。
一 阶 扭 转 振 型 一 阶 弯 曲 振 型
下图所示张紧细绳上均匀地分布着五个 相同的集中质量，绳子张力FT 0 在微幅振动 过程中近似认为是常数。分析系统的主振 动的频率和主振型。
（4）客车侧翻碰撞中上部结构尤其是侧围结构是决定 侧翻碰撞安全性能的关键因素，本文通过优化侧围结构 有效地提高了客车侧翻安全性能，最终改进方案可以满 足ECE R66法规对乘员生存空间的要求。
大客车侧翻耐撞性的结构设计方法
大客车侧翻耐撞性的结构设计方法
余 跃１，周 鸿 波２，４，童 水 光３，陈 新 弟４
（１．浙江大学 化工机械研究所，浙江 杭州 ３１００２７；２．浙江大学 动力机械及车辆工程研究所，浙江 杭州 ３１００２７； ３．浙江大学 热工与动力系统研究所，浙江 杭州 ３１００２７；４．青年汽车集团，浙江 金华 ３２１０１６）
由 于 实 车 侧 翻 试 验 耗 资 较 大 ，且 试 验 周 期 长 ，重 复 性 不 好 ，不 利 于 整 车 结 构 耐 撞 性 的 优 化 改 进 ．在 实 车侧翻碰撞之前进 行 侧 翻 试 验 的 模 拟 计 算，有 利 于 节 约 试 验 成 本 ，缩 短 产 品 生 产 周 期 ，提 高 试 验 的 成 功 率［５］．同时，模拟计算的准确性必须由 试 验 来 调 整 与 验 证 ，目 前 国 内 外 还 没 有 客 车 生 产 厂 家 能 够 以 模 拟 计 算来完全替代实车侧翻试验．为了提高某１２ｍ 大客 车 侧 翻 碰 撞 的 性 能 ，本 文 探 讨 一 种 动 态 仿 真 技 术 与 试 验相结合的大客车侧翻耐撞性结构设计方法．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｒｅｄｕｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｓｔｓ ａｎｄ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｙｃｌｅ． Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔａｋｉｎｇ ｃｅｒｔａｉｎ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ＥＣＥ Ｒ６６，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｂｕｓ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｔｅｓｔ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｄ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｒｕｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｕｒｖｉｖａｌ ｓｐａｃｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｌｏｃａｌ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ． Ｓｅｖｅｒａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｏｎ ｓｉｄｅ ｗａｌｌｓ ａｎｄ ｒｏｏｆ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｕｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｐａｓｓｅｄ ｔｈｅ ＥＣＥ Ｒ６６ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｔｅｓｔ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ；ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｔｅｓｔ；ＥＣＥ Ｒ６６
高速铁路客车车体
高速铁路客车车体车体是供旅客乘坐的地方。
为了使旅客在高速运行条件下拥有较好的乘座舒适度，高速铁路客车车体必须具有质量轻、运行阻力小、重心低、气密性和隔音性能好、防火措施严格等特点。
根据内部设施和乘座舒适度的不同，高速铁路客车的客室有多种布置形式，在客室中还设有其他设施，如快餐厅、小卖部、酒吧、电话间、哺乳室及影像娱乐室等。
目前，在我国线路上运行的高速铁路客车均采用8辆编组构成的动车组形式，也可在运营需要时由2列8辆短编组连挂成1列16辆长编组，一般包括一等座车、二等座车、餐车、为残疾人使用而设置的座车等车型。
在客室座席的安排与布置上，列车普遍采用单面可旋转座椅，这样无论列车向哪个方向运行，旅客通过调节座椅的朝向，均可面朝列车前进的方向。
该座椅布置方式的另一个优点是座椅后背的倾斜角度可调节，使旅客乘坐较舒适，同时也避免了双向座椅面对面带来的尴尬。
1.流线型的车体外形列车空气动力学是高速铁路客车设计不可回避的重要课题，特别是车体外形设计与列车空气动力学密切相关。
列车头型设计非常重要，好的头型设计可以有效地减小运行空气阻力、列车交会压力波和解决高速列车运行稳定性的问题。
因此，在车体外形设计上必须考虑以下几个方面：（1）车体横截面设计成腰鼓型。
主要考虑列车交会压力波及气动侧向力、侧滚力矩的作用。
（2）车体外表面平整、光滑。
车体外表面尽量减少突出物，如车体侧门采用塞拉门，它可与车体外表面保持平滑一致。
（3）车辆底部形状对空气阻力的影响很大，为了避免车体地板下部设备部件外露，普遍采用封闭外罩，以减小阻力。
列车流线型的车体外形如图3-1所示。
2.轻量化设计减轻列车质量是降低高速列车对牵引功率的需求，实现高速运行的重要措施；同时也是减轻轴重，减小轮轨作用力的需要。
实现结构轻量化的途径主要有两个：一是采用新材料，二是合理优化结构设计。
当前高速列车的车体结构通常采用不锈钢或铝合金材料制造。
车体结构采用不锈钢进行制造，可以不考虑腐蚀预留量，从而达到减重的目的。
汽油大型客车的车辆结构强度与碰撞安全性研究
汽油大型客车的车辆结构强度与碰撞安全性研究车辆结构强度和碰撞安全性是汽油大型客车设计和制造中至关重要的考虑因素。
针对这一问题，本文将探讨相关的研究和技术，以保障汽油大型客车的结构强度和碰撞安全性。
汽油大型客车的结构强度是指车辆对承受外界压力、重量和冲击时的抵抗能力。
这一主要取决于车辆的设计、制造材料、结构设计和工艺质量等因素。
首先，设计和制造过程中应使用高强度、耐疲劳和抗变形的材料，如高强度钢、铝合金和复合材料。
这些材料能够提供更好的承载能力和抵抗变形的能力。
其次，优化车辆的结构设计也是提高车辆结构强度的关键。
通过合理布局车身结构以及增加加强材料和加强件，可以增加车辆的整体强度。
此外，制造过程中的工艺控制和质量保证也对车辆结构强度至关重要。
随着交通事故的频发，汽油大型客车的碰撞安全性成为车辆设计和制造中不可忽视的方面。
车辆的碰撞安全性指的是车辆在发生碰撞时对乘客及其他道路使用者的保护能力。
为了提高碰撞安全性，应采取一系列措施。
首先，合理布局车辆的安全气囊系统以及安全带系统，确保乘客在碰撞时能够得到有效的保护。
其次，车辆应配备先进的碰撞感应系统，如紧急制动系统和自动避免碰撞系统。
这些系统能够在发现碰撞危险时及时采取措施，减少碰撞的严重程度。
此外，车辆的车身结构也需要具备良好的吸能能力，通过吸收碰撞能量来减少乘客受伤。
为了研究汽油大型客车的车辆结构强度和碰撞安全性，科学家和工程师们采用了多种研究方法和技术手段。
其中，数值模拟和仿真是一种常用的方法。
通过建立车辆模型和运用计算机仿真软件，可以模拟和分析车辆在各种碰撞情况下的受力情况，评估车辆的结构强度和乘客的安全性。
此外，实验测试也是研究车辆结构强度和碰撞安全性的重要手段。
通过制造样车并进行各种试验，如碰撞试验和受力试验，可以获取真实数据，评估车辆在不同碰撞情况下的行为和性能。
这些研究方法和技术手段的综合应用，能够全面了解汽油大型客车的结构强度和碰撞安全性。
大客车侧面碰撞有限元仿真分析
2.3 乘员生存空间分析 图4为该车碰撞前后乘员生存空间对比图。可以看出，碰撞区域内的乘员生存空间受到严 重侵入，将对乘员生命安全造成很大威胁。
由于目前国内外还没有针对客车的侧面碰撞安全性法规，仅参考ECE R66侧翻法规中关于乘员生存空 间的相关规定进行评价。如图5所示。法规要求生存空间的最下边沿距座椅下地板上平面500mm.且测量点 的最大变形量应小于150mm;最上边沿距座椅下地板上平面l250mm，测量点的最大变形量应小于400mm。 为研究该车侧面碰撞后生存空间的侵人情况，分别提取碰撞区域生存空间范围内变形较大的4个测量点进 行评价。测量点位置如图6所示。表2为各测量点沿车体y方向的最大变形量。可以看出，所选取的4个测点 的最大变形量均超出ECE R66法规的要求，生存空间受到严重侵入，将对乘员造成危害。
元计算产品适用范围广泛，目前有国内外专业客户300余家，涉及美、加、日、韩、澳、德、 新等国，遍布石油化工、土木建筑、电磁电子、国防军工、装备制造、航空航天……等多个领域。
有限元语言及编译器（Finite Element Language And it’s Compiler，以下简称FELAC） 是中国科学院数学与系统科学研究院梁国平研究院于1983年开始研发的通用有限元软件平 台，是具有国际独创性的有限元计算软件，是PFEPG系列软件三十年成果（1983年—2013 年）的总结与提升，有限元语言语法比PFEPG更加简练，更加灵活，功能更加强大。目前 已发展到2.0版本。其核心采用元件化思想来实现有限元计算的基本工序，采用有限元语 言来书写程序的代码，为各领域，各类型的有限元问题求解提供了一个极其有力的工具。 FELAC可以在数天甚至数小时内完成通常需要一个月甚至数月才能完成的编程劳动。
大客车侧面碰撞有限元仿真分析
SAE-C2003T320-车身结构耐撞性能优化设计
车身结构耐撞性能优化设计李佳洁哈飞汽车制造有限公司[摘要］ 本文主要针对在我国全面实行汽车整车正面碰撞标准之后，结合某微型车整车碰撞试验模拟分析及耐撞性能优化改进设计实例，对强制性标准中车身结构的被动安全对策加以深入探讨、总结。
针对实车碰撞结果存在的问题，将理论分析、计算机模拟计算的方法相结合进行设计优化，并利用等数值分析手段对微车车架及前部结构进行了结构优化改进设计，碰撞结果表明系统的改进可使汽车的被动安全性得到显著提高。
关键词：正面碰撞车身安全结构被动安全１ 概述 汽车被动安全性能已是当今世界汽车技术发展的主流方向之一。
汽车的被动安全性更是汽车产品竞争力的重要标志，也成为新车设计所应考虑的主要因素。
汽车被动安全性设计是一个非常复杂的系统工程，其根本任务是通过合理设计控制汽车碰撞中结构部件的变形、受力和相互作用，使造成的成员伤害降到最低限度。
汽车的被动安全性设计实际上就是寻找为保证碰撞安全所愿付出的代价与可能造成乘员伤害的一种平衡。
现今的车身结构应具有良好的耐撞性，高强度化特性。
在汽车碰撞中，车身是吸收能量的主体，车身的安全设计水平，主体上决定了车辆的被动安全性能。
通过某些国产车型耐撞性改进成功设计实例，探索出汽车被动安全设计和改进的规律，积累汽车耐撞性改进和优化设计经验可以大幅度的降低研发成本，减少盲目探索。
２ 碰撞法规与车身的碰撞特性 国际上具有代表性的汽车碰撞安全法规及技术法规共有三大体系，即美国联邦机动车安全法规（FMV SS）、欧洲汽车法规（ECE）、日本保安基准（TRIAS）。
在国际大背景下，我国积极参与国际汽车技术法规制定和协调工作，并参考欧洲技术法规制定了我国的汽车强制性正碰标准体系（CMVDR294），侧碰标准的实施也将是必然趋势。
汽车是一个具有复杂结构的高速运动物体，其碰撞形式归纳起来可大致分为三种形式：正面碰撞、侧面碰撞和后面碰撞，另外还有车碰行人与翻车等。
根据资料（如图1）可知，汽车发生正面碰撞（包括斜碰）的概率在40%左右。
车身结构耐撞性的概念设计仿真
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防碰撞的车身结构设计
防碰撞的车身结构设计在社会经济不断进步的阶段，人们的物质生活水平得到了显著的提高，汽车已经成为在人们的生活中得到了普及，这也为人们的出行带来了很大的便捷，但是与此同时而来的就是安全问题，很多汽车在设计的过程中由于其安全问题的疏忽很容易造成严重的灾害。
所以如何在汽车事故中保证成员的生命安全也成为目前比较重要的一个研究课题。
只有在车身结构设计中注重防碰撞的设计，才能够在出现事故的时候，保证人员的安全，因此能够看出，防碰撞设计工作非常重要，因此还需要在这一问题上着手，以此有效保证人员出行安全，减少伤亡的出现。
标签：防碰撞；车身；结构设计前言实际上早在上个世纪八九十年代，汽车安全已经称为社会上的主要课题。
很多国家都已经制定出比较严格的汽车安全法规。
到了二十一世纪，虽然汽车的安全性能已经发展的比较完整，但是其中依然存在着一定的隐患，因此本文重点在车身的防碰撞结构设计情况上展开研究，主要目的就是能够保证汽车的安全性能，减少人们出行过程中由于汽车事故造成的伤亡问题，为保证人们安全提出具有建设性的意见。
1汽车碰撞成员保护法规目前为止，全世界的汽车产量每年达到了5500万辆左右，在这个庞大的数据下，人们购买汽车的能力也显而易见，虽然很多道路的环境在不断的改善，但是，由于汽车生产和出行数量的增加，交通事故也在不断的上升。
所以能够看出，汽车的安全问题一直受到全社会的重点关注。
为了能够有效保证汽车安全形势，设计各个国家和地区中都制定了相关的法规，其中主要包括的内容就是关于汽车碰撞的试验，在这一试验的结果中，重点需要关注的就是假人测量数据以及车身的变形程度。
只有这样才能够准确的了解到人员在行驶过程中一旦出现危险，整个汽车带给人员的安全保障。
我国目前所实施的正面碰撞成员保护法规中，出克正面之外，侧面和后面的碰撞法规都已经开始实施，这也是汽车碰撞成员保护法的实施状况。
2防碰撞的车身结构设计2.1前后部吸能区。
如果在碰撞的过程中，钢板的车身很容易把巨大的撞击力传递到成员身上，这样的状况下，成员会直接承受巨大的冲击力，也很容易造成严重的伤害，所以前后部位的吸能区对于减轻人员伤害有着不可忽视的作用。
大客车正面碰撞结构耐撞性分析与改进
大客车正面碰撞结构耐撞性分析与改进黎勇;吴长风;蓝平辉;叶松奎;那景新【摘要】以某12m全承载式客车为研究对象,进行正面碰撞下的结构耐撞性分析.针对驾驶员及上层前排乘客生存空间侵入严重的情况,在前端增加吸能盒,并采用正交试验设计的方法对其进行改进.结果表明,驾驶员及上层乘客的生存空间均得到保证,两处的碰撞加速度值分别降低18％和61％.【期刊名称】《客车技术与研究》【年(卷),期】2017(039)001【总页数】4页(P10-13)【关键词】全承载式客车;正面碰撞;生存空间;正交设计;结构改进【作者】黎勇;吴长风;蓝平辉;叶松奎;那景新【作者单位】厦门理工学院机械与汽车工程学院,福建厦门361024;厦门金龙联合汽车工业有限公司,福建厦门361023;厦门金龙联合汽车工业有限公司,福建厦门361023;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130022;厦门金龙联合汽车工业有限公司,福建厦门361023;厦门金龙联合汽车工业有限公司,福建厦门361023;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130022【正文语种】中文【中图分类】U461.91据相关数据统计，我国客车肇事发生的交通事故占整个道路交通事故的40%～50%，其中客车发生正面碰撞的事故占整个客车事故的50%～60%[1-2]。
目前国内汽车正面碰撞法规仅适用M1类汽车，对客车车身结构安全性的要求也局限在上部结构强度方面[3]。
因此开展对大客车正面碰撞研究，对加快客车碰撞试验方法的制定有着重要的意义。
国内已有学者对客车结构耐撞性方面做了深入的研究[4-6]，但在一层半客车正面碰撞方面的研究较为缺乏。
本文以某款12 m一层半大客车为对象，研究了客车在30 km/h碰撞速度下的整车变形结果，对上层前排乘客生存空间无法得到保障的问题提出改进方案，为以后客车车体安全性设计提供参考。
1.1 有限元模型的建立为保证仿真分析的准确性并缩短计算时间，对模型进行合理的简化处理。
高速列车车体耐撞性设计及评估技术研究
高速列车车体耐撞性设计及评估技术研究摘要：从贯穿“碰撞能量规划-材料选型-元件设计-部件设计-整车设计”的高速列车车体耐撞性设计体系架构出发，详细介绍了设计研发过程中的车钩缓冲装置设计、防爬吸能装置设计、开闭机构设计、排障器设计、司机室及车体主结构设计的关键要点，并对高速列车车体耐撞性评估关键技术进行了阐述，展望了高速列车车体耐撞性设计及评估技术的未来发展方向。
关键词：耐撞性；高速列车车体；防爬吸能装置；开闭机构；排障器引言保障高速列车的运营安全是当前铁路行业的首要任务。
根据国外和国内发生的重大列车事故统计，列车碰撞是最为典型的安全事故之一。
尽管国内外铁路工作者在实践中已经采用了各种可能的技术手段和管理措施来防止事故的发生，但是，由于复杂多样的客观和人为因素，碰撞事故依然时有发生，损失也极为惨重。
因此，开展高速列车耐撞性车体设计以提升高速列车被动安全防护性能具有重要的理论指导和工程实际意义[1]。
1 耐撞性车体总体设计高速列车耐撞性车体设计是一个系统工程，它不仅仅包括车体主结构、头部造型及司机室结构、防爬吸能结构、车钩缓冲装置、开闭机构和排障装置的功能性结构设计[1]，也包括各部件结构工程化及其刚度匹配性设计，可分类为：碰撞能量规划、材料选型、元件设计、部件设计、整车设计；且在设计过程中需以数值仿真为辅助手段，并通过台架试验、实车试验为数值仿真提供模型修正数据支撑，多次循环迭代以优化设计结构。
1.1高速列车碰撞能量预分配根据高速列车编组数量、车体质量、撞击速度、头型尺寸等参数，以列车三维碰撞动力学理论为基础，建立多体动力学模型，分析各车辆产生塑性变形的程度以及各车辆撞击力、撞击速度、加速度和吸能量等耐撞性参数，并基于多目标优化算法得到特定响应下的能量耗散分配值、吸能装置载荷及长度等最优设计参数，为列车碰撞能量管理系统内参数的优化设计提供参考依据，实现多编组列车的头车和中间车碰撞能量预分配[2]。
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耐碰撞高速客车车体结构设计刘旭东（中南大学交通运输工程学院长沙 410000）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的关注点，车辆的耐碰撞性能也受到公众的注意。
本文在前人研究的基础上，结合《高速铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》的规定与实际要求，利用有限元软件MSC.NASTRAN，进行了高速客车车体耐碰撞结构设计。
为进一步研究打下基础。
关键词：高速客车车体，耐碰撞结构，有限元The Design of The High-speed Passenger V ehicle’sCollision-resistant StructureAbstract：As the rail traffic accidents have the complex factors and serious threat to life, the public care about it. And the vehicle anti-collision performance has also been the public's attention. In this paper, we have designed the anti-collision structure of the high-speed passenger, on the basis of previous studies, with “High-speed Railway V ehicle Strength Design and Test Evaluation Interim Provisions”and by use of MSC.NASTRAN. Lay the foundation for further study.Keywords: High-speed passenger car body, anti-collision structure, FEM1.引言科学的进步及日益加快的生活节奏需求，使得列车的运行速度不断提高，干线客运高速化已成为当今世界铁路发展的共同趋势。
自1964年日本建立了世界第一条高速铁路——东海道新干线以来，世界各国的高速铁路相继建成。
中国的高速铁路建设也取得了世界瞩目的成绩，从1999年兴建的秦沈客运专线到刚投入运营的京沪高铁，中国高速铁路的最高运营时速已达430公里[1]。
随着列车运行速度的提高，铁路车辆事故造成的危害也日益增大。
近年来国内也不断地发生了一些铁路事故。
2006年4月11日，由青岛开往广州的T159次列车，行至京九铁路林寨车站好东水车站区间是，与武昌开往汕头的1017次列车发生追尾，T159次列车机车受损，1017次列车尾部4节车厢脱线，造成2人死亡和20余名旅客和工作人员受伤。
事故现场图如下所示：图1 京九铁路列车追尾事故现场2011年7月23日，由北京开往福州的D301次列车，行至温州市双屿路段时，与的杭州开往福州的D3115次列车追尾，导致D301次1、2、3列车厢侧翻，从高架桥上坠落，毁坏严重，4车厢悬挂桥上，D3115次15、16车厢严重损毁，造成40人死亡和200多人受伤，世界震惊。
事故现场图片如下所示：图2 温州动车追尾事故现场由于轨道交通事故的原因往往复杂多变，仅从主动安全的防护技术不可能避免事故的发生，因此，为使事故损失最小化，列车的耐撞击性能引起了人们的高度关注。
为此，国内外众多专家学者在实车碰撞实验及仿真计算的基础上进行了提高列车耐撞性的研究。
本文在此基础上，以改进高速客车车体结构为思路，结合高速客车车体结构设计要求，并利用有限元软件进行模拟计算，进行了高速客车车体结构设计。
2.高速客车车体设计要求随着列车运行速度的提高，列车的运行安全越来越受到人们的关注，尤其是对车体的耐撞击性能提出了更高的要求。
但在高速客车车体设计中，除了要考虑列车的耐撞击性能满足要求之外，还必须考虑其它的一些基本要求，如车辆的静、动态强度，垂向刚度和车体自振频率等。
另外，高速、舒适、结构的轻量化是高速客车车体设计所需达到的基本目标，也不能忽视。
但以上这些设计目标之间有相互制约性，不可能同时达到最优化。
因此，高速客车车体设计必须在满足现代车辆的设计规范规定的条件下予以综合协调、折中和优化。
下面是高速客车车体设计过程中必须注意的几方面要求。
(1)车体强度为保证车辆在运行中有足够的强度，车体必须能承受一定的载荷。
以符合车辆的强度设计规范。
规范要求车体在承受垂向载荷、纵向拉伸压缩载荷、气动载荷及这些载荷的组合载荷时，车体材料始终处于弹性变性区，不允许出现塑性变形；(2)车体刚度主要是控制车体的垂向位移和扭转角位移；(3)车体自振频率这与车辆运行品质和运行安全密切相关。
因此，规范中队车体最低阶垂向弯曲模态有一定的限制；(4)车体耐碰撞性这要求设计一个更强的客室结构，同时在车体的非乘客区设置能量吸收区，以吸收撞击动能，保证客车安全；(5)结构轻量化为了减轻列车自重，保证列车高速运行，这是列车设计的基本要求。
上述这些约束与结构参数的要求有些事相互矛盾和相互制约的，因而耐碰撞车体的轻量化设计既要保证车体结构轻度和刚度以及耐撞击性能的要求，又要尽可能的减轻车体重量。
3.高速客车车体的耐碰撞车体设计由于高速客车的运行速度要远远高于普通列车，因而高速客车碰撞速度一般也较高。
碰撞时，除了列车头部要产生严重破坏外，中间车体（特别是靠近头部的客车）也会发生大的塑性变形并导致车体结构严重破坏而危及成员生命[2]。
所以，设计出合理的耐撞击高速客车车体结构，将具有十分重要的现实意义。
国内高速列车的设计研究已经开始多年，然而对高速列车耐撞击车体结构的研究则起步较晚。
本文结合我国铁路国情对高速客车耐撞击车体进行了设计研究，为进一步研究提供依据。
3.1承载吸能结构设计承载吸能结构在正常运行及制动情况下，具有良好的传递纵向力性能，在发生事故时产生塑性大变形吸收碰撞动能。
耐碰撞车体大塑性变形区设置在通过台处，当列车发生碰撞时，主要通过这个区域结构产生大变形来吸收碰撞动能[3]。
为了防止猪车体发生大变形，造成旅客伤害，需要对部分结构进行加强处理。
传统设计的车体，在碰撞时，内侧门柱以及其对应的底架和车顶将发生弯曲变形，进而导致主车体发生塑性变形。
为了防止这一情况的发生，耐碰撞设计需要对内侧门柱处的车体断面四周进行闭环式局部加强。
局部加强途径可以是添加梁件、增加梁件及蒙皮板厚、改变梁截面形状等。
另外，为了诱使车体结构变形发生在设计的区域内，除了采取结构局部加强外，还可以在保证车体结构安全强度的基础上，通过降低板厚、减小梁截面等措施减弱车体局部结构。
底架和侧门上门梁为主要承载吸能结构。
为了控制这部分结构在碰撞过程中产生塑性大变形吸收能量，可以在相应结构上预设“伪铰”。
为此，该车体的牵引梁前端为八字型结构，如下图所示：图3 原车体模型底架结构图如果在保证正常运行安全的前提下，在该牵引梁八字型结构部位适当开设一些诱导变形孔(如下图)，这样当发生碰撞时，牵引梁在靠近椭圆孔周围部分应力急剧增加，产生局部失稳，随着撞击力的继续作用，牵引梁在开孔失稳处将发生大变形，最后导致整体被压溃。
图4 耐碰撞设计后底架结构图同样，可以对其它梁件(见下图)进行适当开孔。
椭圆孔的方向可根据需要而改变，以保证碰撞时结构能向理想的方向压塌变形。
为了车体变形有序，同一结构上的椭圆孔大小可以不同，先变形地方的椭圆孔可以开设大一-点，后变形地方的椭圆孔可以开设小一点。
在碰撞时，大孔地方的结构强度相对较弱，因而先发生屈曲变形。
这样结构会沿着强度由弱到强的方向逐次压塌变形，进而保证整个车体的变形稳定有序。
图5 耐碰撞设计后车顶结构图通过在结构上开设不同大小、不同方向的椭圆孔，可以控制结构变形大小和方向，使得结构变形模式稳定可靠；同时，在梁件上开孔又减轻了车体自重，提高比吸能。
3.2建立车体碰撞仿真模型采用整车模型建模分析，由于单元数目较多，求解计算规模会很大，导致计算时间大大延长甚至不能计算。
为此，碰撞模型仿真建模主要针对车体碰撞端部进行，其余结构采用质量等效法施加于碰撞模型上。
根据上文介绍的局部加强机诱导变形思想，建立车体有限元模型如下所示：图6 耐碰撞设计后车体有限元模型整个车体有限元模型共有16227个节点，17424个板单元，686个梁单元。
3.3碰撞仿真结果分析对整个有限元模型施加60km/h的初始速度，同时在车体运行前方置以固定的刚性墙。
在车体与刚性墙之间定义主从接触约束，车体变形区域定义自接触约束。
等效质量以增大材料密度的方式置于模型后端。
利用有限元软件MSC.DYTRAN对车体进行碰撞仿真分析，结果如下所示：图7 有限元模型分析结果通过仿真结果可以看出：在发生车体碰撞时，大应力、大应变、大变形区域发生在车体端部预先设定的范围内。
由于该区域内的开孔牵引梁和上门梁等部件发生塑性大变形，因而它们成为主要碰撞能量吸收装置，达到预期效果。
整车碰撞性能结果如下图所示：图8 车体结构碰撞性能从图中可以看出车体所受轴向冲击力在初始阶段的短时间内出现一个峰值后，开始变得平缓下来在，整个过程的冲击力平均值为2.56MN，低于设计的门槛值3．5MN。
当车体压缩到0．458m时，可变形区域吸收的塑性变形能达到设计值1.19MJ，满足设计要求。
图9—图12为整个碰撞过程的车体结构变形序图，从图中可以看出车体变形全部发生在设计的可变形区域内，而且结构变形稳定有序，没有发生大屈曲变形现象，满足设计要求。
图9 0ms时刻车体变形图10 12ms时刻车体变形图11 0ms时刻车体变形图12 12ms时刻车体变形3.4耐碰撞客车车体静强度校核耐碰撞车体在满足碰撞能量吸收特性的同时，还要满足基本的静强度要求，因此需对耐碰撞车体进行静强度分析。
按照《高速铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》[4]，利用有限元软件MSC.NASTRAN对耐碰撞车体承载结构进行强度分析，结果是满足规定的强度和刚度要求的。
4.结论本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。
为进一步的研究奠定了基础。
参考文献[1]甘继润．中国铁路[M]．铁道出版社，2009[2]刘建新．高速动力车头部结构的安全性探讨[J]．机车电传动，2000，3[3]廖彦芳．城市轨道车辆车体抗撞击结构设计研究[J]．2003[4]《高速铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》．2001。