机车车辆耐碰撞性能研究现状及标准解读
轨道车辆耐碰撞性研究进展_雷成
第３５卷第１期铁 道 学 报Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．１２ ０ １ ３年１月ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＡ ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＯＣＩＥＴＹ Ｊａｎｕａｒｙ ２０１３文章编号：１００１－８３６０（２０１３）０１－００３１－１０轨道车辆耐碰撞性研究进展雷 成１，２， 肖守讷１， 罗世辉１， 张志新３（１．西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 ６１００３１；２．郑州铁路职业技术学院车辆工程学院，河南郑州 ４５００５２；３．南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司齿轮传动事业部，江苏常州 ２１３０１１）摘 要：对轨道车辆耐碰撞性研究的国内外最新进展进行综述，并对列车碰撞研究的主要方法及存在的问题、耐撞性车辆设计及评价标准进行论述。
研究表明：我国在轨道车辆耐碰撞安全性技术研究方面与国外存在较大的差距，应在列车碰撞响应与车体结构安全性关系、列车碰撞试验标准和试验设备、列车碰撞后脱轨机理等方面进行深入的研究，并亟待制定符合我国国情的列车碰撞安全性标准。
关键词：轨道车辆；耐碰撞性；发展方向中图分类号：Ｕ２７０．２ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８３６０．２０１３．０１．００５Ｓｔａｔｅ－ｏｆ－ｔｈｅ－ａｒｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｒａｉｌ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ＣｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓＬＥＩ Ｃｈｅｎｇ１，２， ＸＩＡＯ Ｓｈｏｕ－ｎｅ１， ＬＵＯ Ｓｈｉ－ｈｕｉ １， ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ－ｘｉｎ３（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｒａｉｌｗａｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５２，Ｃｈｉｎａ；３．Ｇｅａｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＣＳＲ Ｑｉｓｈｕｙａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３０１１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔａｔｅ－ｏｆ－ｔｈｅ－ａｒｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｆ ｒａｉｌ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｒａｉｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｖａｌ－ｕａｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｏｆ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｗｅｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｅｘｉｓｔｓ ａ ｂｉｇ ｇａｐｂｅｔｗｅｅｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｉｎ ｒａｉｌ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｓａｆｅｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｎ－ｄｅｐｔｈ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｒｅｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｉｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ａｎｄｃａｒ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓａｆｅｔｙ，ｔｒａｉｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｒａｉｎ ｄｅｒａｉｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｆｔｅｒｔｒａｉｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ ｉｎ ｌｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｉｌ ｖｅｈｉｃｌｅｓ；ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ 随着轨道交通广泛采用诊断、监测、通信、失效保护制动、现代化的列车控制系统等主动安全防护系统，发生重大交通事故的可能性越来越小。
列车撞击简介
撞击介绍1、国外列车耐碰撞性研究状况欧洲铁路近20年来一直在不断地研究列车被动安全防护技术，包括结构设计准则、能量吸收部件的开发、车辆结构碰撞结果的力学分析、能量吸收部件的材料试验、吸能结构的部件吸能试验以及整车碰撞试验等等。
欧洲铁路在耐碰撞列车的前端结构中，不仅将车钩缓冲器、防爬器和能量吸收管集成一体，还使列车前端底架参与吸收碰撞能量，并在侧墙和端墙中设臵铝制蜂窝板，使之也能吸收碰撞能量。
另外，通过在斜撑和下侧梁开切口来控制底架塑性变形的初始屈服应力和折曲方向。
英国于20世纪80年代后期开始起步，对铁路列车碰撞进行了研究：1985年发表了第一篇论文，介绍了关于事故严重性的最初研究，提出了进一步减缓碰撞和能量吸收的概念；在后续的研究中提出了车体的耐碰撞性结构设计和以可控制的方式吸收碰撞能量，并进行了实物碰撞实验，其中包括在试验台上进行的对车体端部静态冲击试验和两辆全尺寸列车的正面碰撞试验。
20世界90年代，英国铁路管理委员会成立专门从事列车碰撞问题的研究机构。
对铁道车辆结构耐碰撞性和吸能元件进行较深入的理论分析、计算机仿真和试验研究。
1992年到1995年间采用LS-DYNA3D软件对各种钢质、铝制结构的大变形、非线性压溃形式进行了研究，其研究范围从简单圆管、各种组合结构到完整的车辆端部结构，同时英国还进行了列车碰撞时车辆爬车的试验研究。
法国铁路研究部门采用“Pam-crash”软件进行了列车碰撞模拟，按照车辆结构耐碰撞性要求，将拖车两端部设计为可变形的压溃吸能区，并在超级计算机上对TGV DuPlex车体结构进行了优化。
其中法国阿尔斯通公司在1993年把耐碰撞设计理念引入“欧洲夜间列车”项目以后，提供了比英国铁路组织标准要求更严的车辆。
法国在TGV 双层高速列车上为动车和尾部拖车设计了依次可承受8MJ和6MJ以上的碰撞能量的可碰撞结构，车辆之间设计安装了防爬装臵。
法国国营铁路(SNCF)对被动安全碰撞进行了大量的研究，阐明了被动安全碰撞的基本原理，详细阐述了碰撞的物理现象。
铁道机车车辆调研报告
铁道机车车辆调研报告铁道机车车辆调研报告一、调研目的本次调研旨在了解铁道机车车辆的发展现状及未来发展趋势，为相关企业和机构提供参考与决策依据。
二、调研方法1. 网络调研：通过查阅相关专业论文、新闻报道、企业官网等获取信息；2. 实地考察：参观铁路机车段，与相关专业人员交流；3. 问卷调查：向相关从业人员和用户发放调查问卷，了解他们对铁道机车车辆的需求和意见。
三、调研内容1. 发展现状：调研了国内外铁道机车车辆的发展现状，了解其技术水平、产品特点和市场占有率。
2. 技术创新：研究了新能源、智能化、自动驾驶等技术在铁道机车车辆领域的创新应用，并分析了相关优势和挑战。
3. 环保节能：调研了铁道机车车辆在环保节能方面的发展，包括减排技术、能源效率提升等措施。
4. 安全性能：研究了铁道机车车辆的安全性能，包括防撞设计、故障诊断系统等方面的创新与应用。
5. 用户需求：通过问卷调查了解用户对于铁道机车车辆的需求和期望，并分析了用户的主要考虑因素。
四、调研结果1. 铁道机车车辆的技术水平在不断提高，国产机车也取得了长足的进步，但与国外先进水平还存在差距。
2. 新能源技术在铁道机车车辆中的应用逐渐增多，但受制于电力供应等因素，发展速度有所放缓。
3. 智能化和自动驾驶技术在铁道机车车辆中的应用还处于初级阶段，市场需求还不是很高。
4. 环保节能措施在铁道机车车辆中得到广泛应用，但仍存在一些技术难题，需要更多的研发和投入。
5. 用户对于铁道机车车辆的需求主要集中在安全性能、舒适性和运营成本等方面，对技术创新和产品质量有较高的要求。
五、建议与展望1. 加强技术创新和研发，提高铁道机车车辆的自主创新能力，缩小与国外先进水平的差距。
2. 加大新能源技术的研发力度，推动其在铁道机车车辆中的应用，并解决电力供应等问题。
3. 加快智能化和自动驾驶技术的研究与应用，满足市场需求，提高运输效率和安全性能。
4. 继续加强环保节能技术的研究和应用，推动铁道机车车辆的可持续发展。
标准B型地铁车辆的耐碰撞性能研究
关 键 词 ： 轨 车 辆 ； 限元 模 拟 ； 撞 ； 撞要 求 城 有 碰 碰
Ｓｔ ｄｙ ｏ ｈ ｔ ｎｄ ｒ Ｂ－ｔ ｐ ｅ ｒ ｅ ｃ ｅ’ ｏ ｌｓｏ ｒ ｏ ｍ ａ ｅ ｕ ｆｔ ｅ ｓ ａ ａ ｄ ｙ ｅ ｍ ｔ ｏ ｖ ｈｉｌ Ｓ ｃ ｌ ｉ ｎ ｐｅ ｆ ｒ ｎｃ ｉ
拟研 究． 分析 车体 在 碰 撞 过 程 中 的 塑性 变形 程 度 以及 撞 击 力 ， 度 和 加 速 度 等 参数 的 变 化 。得 出该 车 在 １ｋ ／的速 度 下 速 ５ ｍｈ
的 动 能 可 由 车钩 完全 吸 收 ． 车体 与 防爬 器 不 参 与 能 量 的 吸 收 过 程 ， ２ ｍ ｈ 速 度 下 只 有 车 体 前 端 发 生 塑 性 变形 ， 室 在 ５ｋ ／的 客
要求 ，本 文对 此车在 整备 状态 下 （ ｗ０ 即Ａ 工况 下 ）分别 在
１ ｍｈ ５ｋ ／的速度 条件下撞击刚性墙的工况进行模 拟研 ５ｋ ／和２ ｍ ｈ
究。
１ 车钩 装 置 等 效 模 型 的 建 立 ． １
保 护系统等 。 目前 ，对 城轨车辆被动安 全性的评估 已成 为一
１ ５
技术研 发
！ 曼
垒
Ｖｏ ． ９ ．， ０１ １１ Ｎｏ４ ２ ２
！
根据仿真计算 ， 车钩的这种简化模拟的方法可 以很真实地
表现车钩的吸能情况 以及力学行为， 因此这种模拟车钩的方法
段 为车钩吸收碰撞能量的过程 ， 童五 霉王 ＇Ｐ王 Ｉ■－ ‘ Ｉ－ 撞击力恒定不变 。头车继续 向 前运动 ， 防爬器开始接触到刚性墙 。在 防爬器接触刚性墙 的一 瞬间撞击力 比较大 ， 但是很快的就 降到５０ｋ 左右 ， 比图４ ０ Ｎ 对 和 图５ 可知 ， 瞬时增 大的撞击力对防爬器做功很小 。 由计算结果 可进一步得出 ， １ｋ ／速度条件下头车 的动 在 ５ ｍｈ
机车车体非正面碰撞吸能装置仿真研究
ＨＡＮ ｅ ｇ—ｓ ｅ ｇ， ＩＸｉ Ｚｎ ｈ ｎ Ｌ —ｄ ｎ ｏｇ
（ ｈ ｎｚｏ ａｗ ｙＶ ｃｔ ｎｌ Ｔ ｃｎｃ ｏｌ ｅ Ｚ ｅｇｈ ｕＨ ｎ ｎ ５０ ２ Ｃ ｉａ Ｚ ｅｇｈｕＲ ｉ ａ ｏａｏ ａ ＆ ｅｈ ｉ Ｃ ｌ ｇ ， ｈｎｚｏ ｅ ａ ０ ５ ， ｈ ） ｌ ｉ ｌ ａ ｅ ４ ｎ
ｔｒ ｓｕ ｄ ｒｔ ｏ ．Ｏｎ ｏ ｏ ｔ ｅ ｃ ｒ ｏ ｙ ｅ ｕ ｐ ｉｇ ｗｉ ｈ ｎ ｒ —ａ ｓ ｒ ｉｇ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｏ ｏ ｅ ｆ ｈｎ— ｕ ｅ ｉ ｎ ｅ ｓｏ ｄ ｅ ｌ ｃ ｍｏｉ ａ —ｂ ｄ ｑ ｉｐ ｎ ｔ ｔ ｅ ｅ ｅ ｇ ｖ ｈ ｙ ｂ ｏｂ ｎ ｏ ｏ ｅ ｔｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ｉ ｔ
壁 的金 属 构 件 。这 些 金属 构件 在受 到撞 击 时 ， 生 塑 性 变形 发
１ 引言 Байду номын сангаас
随 着 我 国铁 路 运 输 事 业 的 发 展 ， 车 运 行 速 度 逐 步 提 列
（ 塑性弯 曲、 塑性扭曲、 塑性屈曲等） 消耗能量 ， 并产生一定的 压溃行程 ， 而吸 收列 车 的动能 ， 从 降低列 车的减速 度。由于 薄壁金 属构件 的碰撞 吸能 与碰撞 角度 、 料性能 、 材 横截 面以 及壁厚等 因素密切相关 ， 特别是碰撞时的角度对碰撞 吸能有
装置具有 良好 的吸能作用。
关 键 词 ： 性 ； 能 装 置 ； 算机 仿 真 ； 壁结 构 耐撞 吸 计 薄
中图 分 类 号 ： ２ ０２ Ｕ ６ ． 文 献标 识 码 ： Ａ
Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｇ — ｂ ｏ ｂ ｎ ｍｐ ｎ ｎ ｃ ｍｏ ｉｅ ｉ ｌ ｔ ｆＥｎ ｒ ｙ—ａ ｓ ｒ ｉ ｇ Ｃｏ ｏ ｏ ｅ ｔｉ Ｌｏ ｏ ｔｖ ｎ
跨坐式单轨车辆的耐碰撞性设计
体结 构部 分 （ 主要为 车辆前 后端 墙 和车 体 附加 的能 量
吸收装置 ） 尽可 能 的变形缓 冲， 应 以合 理地 吸 收 能量 ， 使
得传递 到 司乘 人 员 身 体上 的减 速 度 在人 体 能承 受 的极 限之 内 。为 了满足 以上要 求 ， 出跨 坐 式单 轨 车辆 的设 得
对 建 立 好 的 几 何 模 型 ， Ｈｙ ｅｍｅｈ 在 ｐ ｒ ｓ 中对 车 体 进
行有 限元 模型 的 建 立 ， 坐式 单 轨 车辆 （ 跨 由于要 考 虑 到 车轮 与轨 道 的摩 擦 ， 以模 型 中又 添 加 了 转 向 架 和 车 所 轮 ） 限元 模 型 ， ４节点 四边形 板壳 单元 为主 ， 以三 有 以 辅
塑性变形 吸 收 动 能 ， 不 是 以弹 性 变 形 来 储 存 这 些 能 而
量； ② 在 碰 撞 过 程 中 ， 量 吸 收 装 置 应 具 有 稳 定 的 变 能
形模式 ， 即吸能元 件在碰 撞事 件 中能 以相对 固定 的模 式
吸 收碰撞 能量 ；
③ 为 了 吸 收 更 多 的 冲 击 动 能 和 延 缓 碰 撞 作 用 时 问， 吸能 装 置应 有足 够 长 的变 形行 程 ， 而且 变形 后 不 造 成次生 破坏 （ 如侵 穿或碎 片飞 裂） ； ④ 能量 吸 收元 件 通 常 是 一 次 性 使 用 的 ， 具 有 结 应
计思路 为 ：
能量 ， 控制碰 撞 力 和 碰撞 减 速 度 的变 化 ， 来 并最 大 限 度
① 碰撞 动 能尽 可 能 不 可 逆 地 转 换 为 变 形 能 ， 以 即
地控 制撞 击力 的峰值 。
列车碰撞研究综述
列车碰撞研究综述124212044 交通运输工程（运输方向）田智1、绪论我国地域广阔，人口众多，铁路运输以其运载量大、运行速度较高、运输成本较低的特点承担着国家的主要客、货运输任务。
我国现有铁路7万多公里，在过去的八年中主要铁路干线连续实现了五次大提速二干线旅客列一车时速己达到 160km/h，随着国民经济的持续高速发展，铁路运输也必将快速发展。
随着列车速度的不断提高，在提高列车舒适性、便捷性的同时，列车的安全防御系统也发展到了一个前所未有的高度，发生列车碰撞事故的概率也越来越小。
然而，铁路系统是极其复杂的，需要多方面的协调合作才能保证其正常运转，技术缺陷、设备故障、网络故障、操作失误以及自然环境的突然变化等等不可抗因素都可以导致列车碰撞事故的发生，因此列车的碰撞事故又是不可完全杜绝的。
旅客列车载客量大，一旦发生碰撞事故，不但会给人民群众带来生命和财产的巨大损失，而且会打击人们对铁路安全性的信心从而为铁路建设蒙上阴影。
近年来不断发生的铁路碰撞事故给人们留下了惨痛的教训，仅2010年1月2012年3月的两年多时间里，世界范围内就发生数十起列车碰撞事故，无论是印度、中国等发展中国家，还是日木、德国、阿根廷等发达国家都未能幸免，其中不乏重特大碰撞事故[1]。
因此，在积极主动地采取合理手段尽最大可能避免列车碰撞事故的同时，研究在碰撞事故发生时列车自身结构特性及司乘人员的安全性，开发一种在碰撞事故发生时车体结构耐碰撞且可以给司乘人员提供保护的铁路车体结构也显得尤为重要。
2、国内外研究现状2.1、国外研究现状国际上，为了减少汽车碰撞事故造成的生命和财产损失，被动安全技术最早应用于汽车行业，20世纪60年代才被引入到轨道交通领域。
不过，对机车车辆碰撞的真正深入研究始于20世纪80年代中后期[2]，从此，英、法、德、美等发达国家相继对列车碰撞进行了大规模、长时间的研究。
英国在 19 世纪 80 年代就开展了列车车体耐撞性研究。
剪切螺栓设计及在电力机车结构耐撞性上的运用
第53卷第5期2022年5月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.53No.5May 2022剪切螺栓设计及在电力机车结构耐撞性上的运用杨毅1，朱涛1，张江田2，黄明惠2，肖守讷1，丁浩谞1(1.西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都，610031；2.中车大同电力机车有限公司，山西大同，037038)摘要：为提高电力机车被动安全性，提出回退式车钩剪切螺栓设计方法，并对机车端部结构进行耐撞性设计，提高既有机车的耐撞性。
首先，对剪切螺栓开展准静态与动态冲击试验，研究剪切螺栓失效的最大剪切力及失效形式；然后，基于试验数据对剪切螺栓用45号钢J-C 本构模型参数进行优化，结合数值仿真讨论最大剪切力的参数依赖性；最后，基于数值仿真，验证回退式车钩的功能可行性，同时，基于多级能量吸收的原则，改进既有机车端部结构并对耐撞性指标进行分析。
研究结果表明：剪切螺栓可有效应用于回退式车钩，以保证机车碰撞中车钩回退到恰当的位置；基于试验数据优化后的45号钢J-C 本构模型能够准确模拟剪切螺栓剪切力及失效形式，剪切力最大相对误差为4.31%；剪切螺栓的最大剪切力与螺栓自身直径无关，与剪切螺栓凹槽横截面面积成正比；随着螺栓凹槽宽度增大，螺栓的最大剪切力减小，螺栓剪切段的塑性逐渐增强；剪切螺栓的回退式车钩在整车仿真中能够实现回退功能，使吸能装置有效发挥吸能作用；改进后的机车相较于既有机车的纵向最大平均加速度减少了2.49g ，峰值界面力减少了472kN ，碰撞前后司机室纵向生存空间增加了12.54%。
关键词：剪切螺栓；回退式车钩；本构模型；耐撞性中图分类号：O313.4；U270.2文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2022）05-1877-12Shear bolt design and its application in crashworthiness ofelectric loco-motive structureYANG Yi 1,ZHU Tao 1,ZHANG Jiangtian 2,HUANG Minghui 2,XIAO Shoune 1,DING Haoxu 1(1.State Key Laboratory of Traction Power,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China;2.CRRC Datong Co.Ltd.,Datong 037038,China)Abstract:In order to improve the passive safety of electric locomotive,the design method of retractablecoupler收稿日期：2021−09−29；修回日期：2021−11−28基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52172409)；四川省杰出青年基金资助项目(2022JDJQ0025)(Project(52172409)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2022JDJQ0025)supported by the Outstanding Youth Fund of Sichuan Province)通信作者：朱涛，博士，副研究员，从事机车车辆设计与理论研究；E-mail ：******************DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2022.05.032引用格式：杨毅,朱涛,张江田,等.剪切螺栓设计及在电力机车结构耐撞性上的运用[J].中南大学学报(自然科学版),2022,53(5):1877−1888.Citation:YANG Yi,ZHU Tao,ZHANG Jiangtian,et al.Shear bolt design and its application in crashworthiness of electric loco-motive structure[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2022,53(5):1877−1888.第53卷中南大学学报(自然科学版)shear bolt was proposed,and the crashworthiness of locomotive end structure was designed to improve the crashworthiness of the existing locomotive.Firstly,the quasi-static and dynamic impact tests of shear bolts were carried out,and the maximum shear force and failure mode of shear bolts were studied.Then,based on the experimental data,the parameters of the J-C constitutive model of45steel for shear bolt were optimized,and the parameter dependence of the maximum shear force was discussed combined with numerical simulation.Finally, based on the numerical simulation,the functional feasibility of the fallback coupler was verified.At the same time, based on the principle of multi-level energy absorption,the end structure of the existing locomotive was improved, and the crashworthiness index was analyzed.The results show that the shear bolt can be effectively applied in the retraction coupler to ensure that the coupler retracts to the appropriate position in locomotive collision.Based onthe test data,the optimized J-C constitutive model of45steel can accurately simulate the shear force and failure mode of shear bolt,and the maximum error is4.31%.The maximum shear force of the shear bolt has nothing to do with the diameter of the bolt itself,and is directly proportional to the cross-sectional area of the shear bolt groove. With the increase of bolt groove width,the maximum shear force of bolt decreases,and the plasticity of bolt shear section increases gradually.The retraction coupler with shear bolt can realize the retraction function in the whole vehicle simulation,so that the energy absorption device can effectively play the role of energy absorption. Compared with the existing locomotive,the longitudinal maximum average acceleration of the improved locomotive is reduced by2.49g,the peak interface force is reduced by472kN,and the longitudinal living space ofthe cab before and after collision is increased by12.54%.Key words:shear bolt;retractable coupler;constitutive model;crashworthiness近年来，随着我国现役电力机车规模逐渐扩大，电力机车的被动安全性改进的重要性逐渐凸显[1]。
机车车辆材料应用现状和发展趋势宋家斌谭志勇张世威高治訸
机车车辆材料应用现状和发展趋势宋家斌谭志勇张世威高治訸发布时间：2023-06-14T05:48:52.224Z 来源：《工程建设标准化》2023年7期作者：宋家斌谭志勇张世威高治訸[导读] 机车车辆的轻量化涉及到新型轻质材料、工艺及结构的不断创新和突破，就材料而言，目前仅铝合金材料在高速列车上应用较广，而镁合金、钛合金、碳纤维和复合材料尚未在高速列车中得以广泛使用，受限于材料自身成本以及部分关键技术暂未突破，我国高铁的轻量化应持续的以轻质金属，如铝、镁合金为主，在保证车辆安全稳定的同时，利用高性能的镁、铝合金取代越来越多的钢制部件；同时对轻质金属强化工艺的突破以及列车结构的整合将使得列车进一步减重。
中车大连机车车辆有限公司辽宁省 116000摘要：机车车辆的轻量化涉及到新型轻质材料、工艺及结构的不断创新和突破，就材料而言，目前仅铝合金材料在高速列车上应用较广，而镁合金、钛合金、碳纤维和复合材料尚未在高速列车中得以广泛使用，受限于材料自身成本以及部分关键技术暂未突破，我国高铁的轻量化应持续的以轻质金属，如铝、镁合金为主，在保证车辆安全稳定的同时，利用高性能的镁、铝合金取代越来越多的钢制部件；同时对轻质金属强化工艺的突破以及列车结构的整合将使得列车进一步减重。
关键词：机车车辆；材料1 机车车辆车体应用材料发展现状1.1 国外机车车辆车体材料的应用和发展状况日本于1964年正式运营了世界第一条高速铁路—东海道新干线。
该线路使用0系电力动车组，采用普通碳素钢作为主要车体材料，最高时速达210 km/h，但由于车体腐蚀严重，该车组已于1976年提前退役。
随后研发的100系最高时速达230 km/h，其所用车体材料沿用0系所采用的碳素钢，仅在车顶部分采用波形不锈钢，以提高其稳定性，但却仍因车身老化现象严重而退役。
1992年300系电力动车组“希望号”车体采用材料为6N01-T5铝合金挤压型材，其运行速度为270 km/h。
混合动力客车侧面耐撞性分析
10.16638/ki.1671-7988.2021.05.034混合动力客车侧面耐撞性分析*江兴洋1，吴胜军2，龙志军1（1.佛山职业技术学院，广东佛山528000；2.湖北汽车工业学院，湖北十堰442000）摘要：建立东风EQ6110HEV6混合动力客车和某MPV有限元模型，基于美国公共交通协会（APTA）对侧面碰撞要求，联合HyperWorks和LS-DYNA软件建立了混合动力客车与MPV侧面碰撞的有限元模型，仿真计算了MPV 以40km/h的速度从侧面90°撞击该混合动力客车。
以该混合动力客车结构变形、各测点加速度值、乘员生存空间侵入量为评价指标，分析了该混合动力客车侧面耐撞性能，为客车碰撞安全性的判定提供参考。
关键词：混合动力客车；汽车安全性；车体耐撞性；侧面碰撞；有限元仿真中图分类号：U469.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)05-117-05Analysis of Side Crash Worthiness of HEV Bus*Jiang Xingyang1, Wu Shengjun2, Long Zhijun1( 1.Foshan Polytechnic, Guangdong Foshan 528000;2.Hubei University of Automotive Technology, Hubei Shiyan 442000 )Abstract: The finite element model of the Dongfeng EQ6110HEV6 hybrid bus and an MPV was established. Based on the American Public Transport Association (APTA) requirements for side collisions, the finite element model of the hybrid bus and the MPV side collision was established with HyperWorks and LS-DYNA software. The MPV hits the hybrid bus at a speed of 40km/h from the side 90°. Taking the structural deformation of the hybrid bus, the acceleration value of each measuring point, and the amount of intrusion into the living space of the occupants as evaluation indicators, the side crashworthiness of the hybrid bus is analyzed, which provides a reference for the judgment of the collision safety of the bus. Keywords: HEV; Car security; Crash worthiness of car body; Side Collision; Finite Element SimulationCLC NO.: U469.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)05-117-05引言作为传统燃油客车向纯电动客车的过渡，混合动力客车具有两者的优点，既具有纯电动客车低速的燃油经济性和平顺性，又保持了燃油客车的续航里程[1]。
铁路机车车辆行业现状以及未来发展趋势分析
铁路机车车辆行业现状以及未来发展趋势分析摘要：如今，进入了新时代，很多的领域都进入了一个新的发展状态。
对于铁路行业，其机车车辆行业的现状也体现了市场上的需求，但是，同时，其无论是零件，还是整体的市场用户需求考察。
在我国，铁路运输行业可以说是国民经济的基础产业，其在交通运输体系中处于骨干和居中的地位，所以，随着市场需求的不断更新，相关企业负责人也应该从很多的方面对于铁路机车车辆行业进行一些改革和整理，以满足快速发展的经济需求。
铁路机车车辆行业的涉及范围很广泛，需要将整个研究工作从之前的报告中进行分析问题，并且提出合理的解决方法，从铁路机车企业到相关研究范围再到政府，都需要以精确合理的方式了解该行业的发展动向。
关键词：铁路机车；车辆行业；发展动向；问题分析铁路机车车辆发展行业是一个漫长而且涉猎范围大的产业链结构，所以，为了能够更好的分析其现状问题，并且提出适合并且有效的促进和解决方法，需要相关部门企业到政府机构，从实际调研上分析铁路机车运输行业切实的市场需求，和现在的经济需要，把相关基础化行为合理和有效的进行，保证从不同类型的铁道机车进行分析，都可以找到其行业的发展规模化问题。
1、铁路机车车辆行业的现状问题1.1铁路机车车辆行业涉及到的经济现状问题首先，从铁路机车车辆行业涉及到的相关经济问题来说其发展至今的现状，作为运输业非常重要的铁路运输，其必然和经济市场需求有着不可分开的关系。
首先，现在铁路在机车车辆组装和性能提升上，为了满足运输行业的实际需要，也同时为了维持友好型环境管理的要求，在防腐性能达到了非常高的标准，除此之外，关于机车的零件，也在生产和安装的过程中充分考虑了市场的需要，在成本和成品上，进一步缩减了成本而提高了投入产出比。
在车辆配件的市场前瞻性分析上，虽然其成本的用量上有所降低，但是不能保证铁路机车车辆的行驶安全，经济需要要体现在安全稳定的前提上，无论是有动力还是无动力的铁路机车车辆，其现状可以发现，为了减少运输的成本费用，会增加同辆车的运输量，但是其车辆重载并未提升。
中国铁路电力机车的现状与发展
我国电力机车的现状与发展铁路是一个国家重要的基础设施和经济命脉，深刻影响着所在国的政治稳定、经济发展、国土安全、社会文化等诸多方面。
20世纪80年代以来，随着经济全球化、区域一体化和地缘政治的深入发展，能源危机、环境污染、交通安全等问题凸现铁路产业的比较优势。
全球范围内对铁路运输需求的上升，促进了机车车辆制造业的发展。
在铁路牵引动力中，电力机车具有其他机车无可比拟的优势。
由于速度快、爬坡能力强、牵引力大、不污染空气，因此发展很快。
一、我国电力机车的发展：中国电力机车在40多年的风雨中不断发展进步，前后共经历了三个阶段，开发了四代产品，累计研制17种机车共生产2500多台。
在1983年以前，中国电力机车发展缓慢，主要原因：（1）基础差。
（2）中国铁路政策：重修建铁路，轻机车车辆制造。
（3）中国铁路牵引动力政策是“内电并举，以发展内燃机车为主”。
（4）先进技术引进少。
（5）文化大革命等政治运动的干扰。
第一阶段，1956一1968年，是中国电力机车早期引进仿制。
1956年，中国政府提出：要迅速地、有步骤地研制使用电力机车。
1957年，中国组织了一个由第一机械工业部、铁道部以及高校有关专家学者组成的电力机车考察团，于1958年初赴前苏联考察。
考察团用半年时间，在前苏联专家帮助下，以当时前苏联新设计试制成功的H60型铁路干线交直流传动电力机车样机为基础，结合中国铁路规范，选用单相交流工频25kV电压制，作出了机车的设计方案。
考察团回国后，组成电力机车设计处，在前苏联专家帮助下，进行了全面设计。
1958年底，湘潭电机厂在株州电力机车工厂等厂所协助下，试制出了中国第一台电力机车，即6Y1型干线电力机车。
6Y1小时功率3900kw，最高速度100km/h， 6轴。
机车经环形铁道运行试验，由于作为主整流器的引燃管不能正常工作返厂整修。
1959年起，株州工厂和株州电力机车研究所（下称株洲所）等厂所联合对6Y1机车进行了多次试验，做了很多改进，到1962年共试制5台机车，并在宝凤线上试运行。
汽车车身耐撞性和碰撞相容性研究
3410.16638/ki.1671-7988.2019.12.012汽车车身耐撞性和碰撞相容性研究冉滔1，宋刚2，谢文举1，杨冰1（1.重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆 400074；2. 61255部队保障部，北京 100000）摘 要：车身耐撞性和碰撞相容性体现的是汽车的基本安全因素指标，通过对现有汽车碰撞实验所体现出的耐撞性、相容性和吸能性优化建模仿真，提高车内自身安全装置和提升小质量汽车刚度、降低大质量汽车刚度，以达到提高汽车整体安全系数的效果。
关键字：耐撞性；碰撞相容性；吸能性中图分类号：U461.9 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)12-34-03Research on crashworthiness and collision compatibility of automobile bodyRan Tao 1, Song Gang 2, Xie WenJu 1, Yang Bing 1（1.College of mechanical, electrical and vehicle engineering, chongqing jiaotong university, Chongqing 400074;2.61255 Military security department, Beijing 100000）Abstract: Research on crashworthiness and collision compatibility of automobile body Abstract: The crashworthiness and collision compatibility of the car body reflect the basic safety factor of the car. Through the optimization of the crashwor -thiness, compatibility and energy absorption performance of the existing car crash test, the car is improved. Internal self- safety device and improve the rigidity of small-quality car and reduce the rigidity of large-quality car to achieve the effect of improving the overall safety factor of the car.Keywords: crashworthiness; collision compatibility; energy absorption CLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)12-34-03前言汽车的安全指标一般以汽车的耐碰撞性和碰撞相容性以及事故对乘客伤害程度来评判，以上指标主要衡量的是汽车的安全性。
prEN 15227-2007 铁路应用 — 铁路车辆车体的耐碰撞性要求
铁路应用—铁路车辆车体的耐碰撞性要求欧洲标准prEN15227：2007（E）（最终草案）2007年9月本欧洲标准草案已提交CEN 成员正式表决。
本标准（草案）由CEN/TC256技术委员会起草。
如本草案成为欧洲标准，CEN 成员国应当按照CEN/CENELEC的规定毫无修改地将本欧洲标准当作本国的标准。
本欧洲标准文件CEN 设置了三种官方语言的版本（英文、法文、德文）。
CEN 成员国应负责任地翻译成为其自己语言的版本，并通报欧盟管理中心可视作和官方版本具有相同地位。
CEN 成员由下列国家的国家标准化组织组成：奥地利、比利时、保加利亚、塞浦路斯、捷克共和国、丹麦、爱沙尼亚、芬兰、法国、德国、希腊、匈牙利、冰岛、爱尔兰、意大利、拉脱维亚、立陶宛、卢森堡、马耳他、荷兰、挪威、波兰、葡萄牙、罗马尼亚、斯洛伐克、斯洛文尼亚、西班牙、瑞典、瑞士和英国。
警告：本文件不是欧洲标准。
仅用做参考或评阅。
本文如有变更时不另作通知，为此本文不能作为欧洲标准来参考。
目录铁路应用—铁路车辆车体的耐碰撞性要求 (1)前言 (3)概述 (3)1 范围 (3)2 规范性应用文件 (4)3 术语和定义 (4)4 铁路车辆耐碰撞设计的分类 (6)5 碰撞场景的设计 (6)6 结构被动安全 (8)6.2 爬车 (9)6.2.1 要求 (9)6.2.2 解说性注释（资料性的说明） (9)6.3 生存空间，入侵和出口 (10)6.3.1 要求 (10)6.3.2 解说性注释（资料性的） (11)6.4 减加速度限制/碰撞冲击 (11)6.4.1 要求 (11)6.4.2 解说性注释（资料性的） (11)6.5 障碍物阻挡器（排障器） (11)6.5.1 要求 (11)6.5.2 说明性注释（资料性） (12)7 防撞性能验证 (13)附录A (14)A.1 概述 (14)A.2 确定不同于正常欧洲运行情况下的碰撞风险的设计碰撞场景..15A.2.1 设计碰撞场景 (15)A.2.2 风险分析 (15)A.2.3 风险评估中需考虑的因素 (16)A.2.4 碰撞出轨 (17)A.2.5 相关事故信息目录 (17)附录B (17)B.1 试验规格 (17)B.1.1 试验程序 (17)B.1.2 校准/验证试验的验收准则 (18)B.2 数字仿真 (18)B.2.1 数字模型验证 (18)B.2.2 仿真建模 (18)附录C (19)C.1 80t货车 (19)C.2 C-III参考障碍物 (20)C.3 大变形障碍物 (21)C.4 C-IV拐角碰撞障碍物 (22)附录D (22)D.1 用于参考列车的机车、动力头车、带驾驶室拖车和铁路客车..22D.2 机车设计 (23)D.3 动力头车和带驾驶室拖车的设计 (23)D.4 单个客车设计 (23)附录E (24)附录ZA (25)参考文献 (25)前言本文件（prEN15227：2007）由欧洲标准化委员会《铁路应用》技术委员会(CEN/TC256)起草，秘书处设在德国标准化委员会。
动车组耐撞性标准研究
1绪论
研究现状
国外耐撞性标准的研究成果
英国
英国通过对过去发生 的事故的统计，发表了很 多详细的事故报告，进行 详细的事故统计的目的就 是要将事故类型、车辆损 伤情况和伤亡水平、风险 性评估等联系起来，通过 它们之间的联系来指导车 辆耐撞性设计。英国进行 了实车试验验证了数学模 型研究结果。
3 国外耐撞性标准研究
标准的适用范围
每个国外耐撞性标准都有不同的适用范围，也代表了该标准所限制 的对象，在适用范围内的车辆均应该符合对应标准中所规定的耐撞性要 求。
各标准的适用范围，英国标准适用于最高运行速度在200km/h以上 的所有车辆；欧洲标准则主要是针对各种类型的客车，但没有速度上的 要求；美国标准分为两级，最高运行速度范围从128km/h 至240km/h， 还是针对客车提出的。但是美国标准还考虑到了运行线路的因素，对发 生列车碰撞事故可能较高的线路类型，提出几点要求要有公路和铁路交 叉，要有货车作业等。美国公路网十分的发达，经常和铁路有交叉，平 交道口多；且大部分客运和货运并不分离，这导致客车在平交道口发生 碰撞事故和与货车发生碰撞事故的概率高。高速TSI基本上涵盖了铁路 上所有的车辆类型，机车、客车、货车、铁路建设和维修设备等，规定 车辆的最高运行速度在190km/h以上。
欧盟
欧盟同样的对过去 发生的列车事故进行 详细的统计分析，分 析更加透彻，从众多 事故中选取有代表性 的三个典型的碰撞事 故情景；研究还发现 碰撞中乘员受到的减 速度应不超过5g，司 机的救生空间不小于 0.75m。
美国
美国提出对于 运行速度在200km/h 以上的列车，碰撞 能量管理具体规定 为，两相似车在相 对速度为48km/h下 正面碰撞，总共需 要吸收13MJ的碰撞 能量，机车前端部 5MJ和后端部3MJ， 机车后第一节车5MJ， 碰撞过程中最大的 减速度不超过8g。
基于EN15227标准的某A型地铁列车耐撞性研究
基于EN15227标准的某A型地铁列车耐撞性研究摘要：基于EN15227标准要求，利用LS-DYNA碰撞分析软件，对某A型地铁列车分别采用一维能量分配分析方法及三维整车碰撞仿真分析方法，对该型地铁列车耐撞性进行计算研究。
计算结果表明，该型地铁列车满足标准要求。
关键词：A型地铁列车；碰撞仿真分析；耐撞性0 引言随着城市轨道交通行业的发展，地铁列车运营线路日益增多，截至2022年，全国已有55座城市投运城轨交通线路，运营里程超过1万公里。
地铁列车载客量大，速度较高，一旦发生碰撞事故，将会造成严重的人员伤亡和财产损失。
在极端情况下，当主动防护技术失效，列车发生碰撞时，被动安全技术的应用可以有效降低乘员遭受伤害的风险。
在发生列车碰撞事故时，合理配置车钩缓冲吸能装置及头车前端附加的专用吸能装置，耗散列车撞击动能，可最大限度地保护乘员生命安全和车辆主体结构的完整性，这就是车辆耐碰撞性设计的核心思想。
本文基于EN15227标准要求，依据某A型地铁列车车钩缓冲装置及防爬器特性、总体布置、头车、中间车的车体结构及车体材料特性，建立能量分配模型和有限元模型，针对主动列车以25 km/h的速度正面碰撞另一列相同的静止列车时的情况，利用LS-DYNA碰撞分析软件，分别采用一维能量分配分析方法及三维整车碰撞仿真分析方法，对该型地铁列车吸能装置吸能特性及耐撞性进行研究。
1 列车基本信息及碰撞工况1.1 列车编组某A型地铁列车为8辆编组，车辆编组形式及车钩分布如下所示。
- Tc (A-B) Mp (C-D) M = Mp (D-C) M = M (D-C) Mp (B+A) Tc -其中“Tc”为带司机室拖车、“Mp”为带受电弓动车、“M”为动车；“-”为头钩全自动车钩、“=”为半自动车钩、“A、B、C、D”为中间半永久牵引杆。
1.2 车钩缓冲装置及防爬器配置车钩缓冲装置及防爬器配置如下。
表1 车钩缓冲装置及防爬器配置其中头车全自动车钩剪断后，到列车碰撞防爬器完全啮合的空行程距离为35 mm。
地铁列车耐撞性分析
地铁列车耐撞性分析摘要：目前，铁路进入高速发展时期。
随着列车的全面提速，如何评价列车在碰撞事故中的耐撞性能成为列车安全性能设计中的核心问题。
以某新型地铁车辆为研究对象，运用大变形碰撞仿真分析软件 PAM-CRASH，使用非线性弹簧单元模拟车钩结构，根据 EN15227 标准，从车体在碰撞过程中的速度、加速度、碰撞力、能量吸收等方面评价耐撞性能。
关键词：地铁；碰撞仿真；弹簧单元；耐撞性分析中图分类号：U270.1 文献标识码：A 文章编号：随着我国城市化的高速发展历程，人们对运输效率的需求日益增加，极大促进了城市地铁的发展。
与此同时，随着车速的不断提高，列车的安全问题成为人们关注的重点。
地铁列车虽然有主动安全防护措施，如轨道控制信号、合理调度等，但碰撞事故仍然频发。
轨道列车的被动安全问题近几年才逐渐成为热点 [1-5]。
1耐撞性评价标准EN15227 标准在碰撞场景的建立上投入大量时间，其标准认为在建立合适的碰撞场景前，应该充分考虑列车单元配置、列车单元的质量、构成列车单元车辆的机械特性、冲击速度、碰撞障碍物的特性等实际因素。
某地铁车属于地铁车辆，C-II类别。
参考标准中规定的撞击方案：地铁列车以25km/h 的速度撞击另一列静止的地铁列车。
EN15227 标准提出了地铁车辆耐撞性的评价总则，具体分为以下五个方面。
（1）减少爬车风险；（2）以可控方式吸收碰撞能量；（3）保持承载区域的结构完整性和生存空间；（4）限制减速度，平均纵向减速度不超过 5g；（5）减少脱轨风险，并减轻与轨道多次碰撞所造成的后果。
对于第一条，EN15227 标准规定在整个碰撞模拟过程中，每个转向架应至少有一个轮对保持与轨道有有效的接触。
每个转向架上至少一个轮对在轨面以上的垂向位移不超过标称轮缘高度的75%，或者如果防爬器稳定啮合，则允许车轮最高有100mm的提升距离[6]。
构成逃生空间的结构应该保证结构完整，逃生空间长度上的减小量应限制到5m，长度上不超过 50mm；5m长度处于车辆结构端部时，长度上最多可以限制到100mm。
机车车辆耐碰撞性能研究现状及标准解读
吸能元件撞击试验
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SELF-ASSESSMENT REPORT FOR THE ASSESSMENT OF UNDERGRADUATE TEACHING
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
西南交通大学，一直致力于列车被动安全技术的研 究，先后完成了上海10号、13号线，深圳4号线，南 京3号线，无锡地铁1号线，宁波地铁1号线，出口孟 买地铁列车，突尼斯内燃动车组，符合欧标的高速 动车组，出口沙特电力动车组等各型列车的耐撞性 结构设计与分析。另外，在肖守讷研究员的带领下， 西南交通大学机车车辆研究所还对上海地铁10号线 追尾事故及7.23甬温线特大交通事故等进行了事故还 原。
吸能元件撞击试验
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吸能元件撞击试验
部分端部车体撞击试验
SELF-ASSESSMENT REPORT FOR THE ASSESSMENT OF UNDERGRADUATE TEACHING
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
近5年关于高速列车撞击学术论文50多篇，会议论文 10篇，科技成果近8项，硕士论文达到46多篇，博士论 文达到15篇左右，专利成果达到30项 一般采用计算、仿真等手段对吸能结构件、头车、车 钩、车体等进行大变形碰撞仿真研究、结构设计及优 化和二次碰撞伤害研究。其中专利在吸能、防爬、系 统控制、结构设计等方面提出了见解。
SELF-ASSESSMENT REPORT FOR THE ASSESSMENT OF UNDERGRADUATE TEACHING
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
由于实车实验费财费力，而且可重复性差，加上计算机 仿真技术的不断发展。国内研究人员大多致力于对车辆 碰撞大变形的模拟仿真工作，欠缺对机车车辆碰撞的实 验研究。 中南大学高速列车研究中心是我国较早开展列车耐撞性 结构研究的单位之一。
防撞梁在汽车碰撞中的性能要求及评估方法研究
防撞梁在汽车碰撞中的性能要求及评估方法研究危海烟;吴朝晖;董瑞强【摘要】为了高效评估防撞梁系统变化对整车碰撞性能的影响,基于整车正向开发流程,创新定义了防撞梁系统在整车碰撞中的性能要求,创建了防撞梁系统变化对汽车整车碰撞性能影响的等效评估方法.即从材料参数、材料高速拉伸性能、CAE分析、子系统试验4个方面进行评估和对比,可有效判断防撞梁系统的差异性及对整车碰撞性能的影响.通过研究某平台汽车铝前防撞梁原材料供应商切换对整车碰撞性能的评估案例,验证了等效评估方法的有效性,避免了整车碰撞验证,提升效率,降低费用.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2019(048)006【总页数】5页(P120-123,162)【关键词】防撞梁系统;碰撞性能;评估方法【作者】危海烟;吴朝晖;董瑞强【作者单位】泛亚汽车技术中心有限公司,上海 201201;泛亚汽车技术中心有限公司,上海 201201;泛亚汽车技术中心有限公司,上海 201201【正文语种】中文【中图分类】U4630 引言汽车碰撞安全性是交通安全重要问题之一，也越来越引起消费者的关注。
防撞梁系统是汽车碰撞“第一承力点”，与整车碰撞性能强相关。
整车开发过程中通过进行系列原材料级、零件级和整车级的性能认证，防撞梁系统的刚度和强度会保持在与车身匹配的一定范围内，以确保每辆车的碰撞安全性。
铝型材防撞梁的应用有效提升了汽车轻量化。
当整车完成认证后的铝防撞梁系统的原材料、制造工艺或生产厂商等发生变化时，可能会造成防撞梁系统的刚度和强度性能发生变化，从而影响整车的安全性能。
如果通过基于新状态零件重新进行整车碰撞试验及标定，费用非常高，且时间长。
本文通过研究某车型铝前防撞梁采用不同原材料供货差异性，结合碰撞性能要求，建立了防撞梁系统碰撞性能等效评估方法，通过材料性能参数对比、高速拉伸曲线对比、基于高速拉伸曲线的CAE整车性能分析、子系统试验对比来实现风险评估和判断。
国家铁路局关于发布铁道行业标准的公告(技术标准2018年第2批) 国铁科法[2018]33号
![国家铁路局关于发布铁道行业标准的公告(技术标准2018年第2批) 国铁科法[2018]33号](https://img.taocdn.com/s3/m/31dd73a3aa00b52acfc7ca72.png)
列 车过分相 系统 车载控制 自动过分相
— — ２０１８ 装 置
ＴＢ／Ｔ ３１９７— ２００８ ２０１８－０４－１２ ２０１８—１ １—０１
６ ＴＢ／Ｔ １４０７
列 车牵 引计算 第 １部分 ：机车牵引式
． １——２０１８ 列 车
ＴＢ厂ｒ １４０７— １ ９９８ ２０１８－０４－１２ ２Ｏ１８—１ １—０１
２０１８—０４—１２ ２０１８一ｌ１—０１ ２０１８－０４－１２ ２Ｏ１８—１ １—０１
４ ＴＢ／ｉ，２２３１
ＴＢ／Ｔ １９０１— １９９９
． ２—２０１８ 铁道车辆制 动系统 第 ２部分 ：货车 ＴＢ／ｒｒ １６１ｌ
２０１８－０４－ｌ２ ２０１８一ｌ １—０１
—
—
１９８５
５ ＴＢ／Ｔ ３１９７
［４］ 胡琰瑜 ．列车牵引计算 系统的设计与实现 ［Ｄ］．成 都 ：西南 交 通 大 学 ，２００８．
［５］杨宾华 ．内燃机车总体及机 车走行 部 ［Ｍ］．北京 ：中国铁道 出版社 ，２００３．
［６］ＴＢ仃１ １４０７－ １９９８ 列车牵 引计算规程 ［ｓ］． ［７］李 明亮 ．基 于模 块化设 计方法 的城市轨道交 通牵 引计算软件
研制 ［Ｄ］．北京 ：北京 交通大 学 ，２００８．
（编 辑 李树 坤 ）
２０１８年 ５门 （总 ３７９期 ）
· ５５ ·
７ ＴＢ／Ｔ ３５０３
铁路应用 空气 动力学 第 １部分 ：符
． １——２０１８ 号 与单位
２０１８－０４－１２ ２Ｏ１８—１ １—０１
８ ＴＢ／Ｔ ３５０３
铁路应用 空气 动力 学 第 ２部分 ：隧
． ２～２０ｌ８ 道空气 动力学效应
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肖守讷 2012 年11 月
目录
国内外机车车辆耐碰撞研究现状 机车车辆碰撞标准现状 机车车辆碰撞研究方法 我国机车车辆碰撞研究存在的问题和不足 我国机车车辆碰撞研究发展方向
美国伊利诺斯州的机车碰撞
意大利北部地区两列火车相撞
美国南卡罗来纳州小镇格拉尼特维尔
洛杉矶火车碰撞事故现场
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
国研内究外现机状车车辆耐碰撞研究现状
?意大利
2006年意大利安萨尔多公司进行了吸能 元件撞击试验和司机室结构的正面碰撞试验
76.5 Km/h
吸能元件撞击试验
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两车正面线路撞击试验
撞击后变形
国研内究外现机状车车辆耐碰撞研究现状
印度火车碰撞事故现场
胶济火车碰撞事故现场
时间: 2009年6月29日 地占：湖南郴州站 事故：客运列车侧面冲突 伤亡：3人死亡，60余人受伤
上海地铁10号线碰撞事故 7.23温甬碰撞事故
国内外机车车辆耐碰撞研究现 状
20世纪80年代初期就有与减缓碰撞严重性和改善能量 吸收的概念相关的文献报道。后来，英国学者的研究 提出了耐碰撞性车体结构设计和以可控大变形方式吸 收碰撞能量等概念，还进行了实物碰撞测试，在自制 试验台上对车体端部进行准静态冲击试验和两列全尺 寸列车的正面头对头碰撞试验等。英国铁路管理委员 会于20世纪90年代成立从事列车碰撞问题的专门研究 机构。通过理论和实验研究，英国研究人员总结出了 耐撞性车辆结构的设计方法和原理，提出在车体的防 撞性设计应采用多级能量吸收系统
TTC的冲击试验线图
实车碰撞试验
假人及安全带实车碰撞试验
标准研究：1999年，美国交通联邦铁路委员会(FRA)和美国公共
交通协会发布“TierI铁路客车设备耐撞性” 新标准，涵盖包括设备强 度、能量控制及成员座椅的动态冲击试验等诸多内容。
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国内外机车车辆耐碰撞研究现 状
美国联邦铁路局（ FRA）进行了大量列车碰撞研究， 早在1997年美国就建立了有关列车碰撞的安全规范， 从1999年11月开始，在科罗拉多的美国交通运输技术 中心开展了多次整车碰撞试验，重点研究了单节车辆 与刚性墙、机车与机车、机车与车辆、车辆与车辆、 列车对列车的碰撞，以及列车发生碰撞后乘客的二次 碰撞特性，他们对比分析了无安全带和有安全带时乘 客与车内设备二次碰撞损伤情况，研究表明有腰部和 肩部安全带束缚的情况下，乘客的安全系数会明显提 高，所以他们建议在列车座椅上加装安全带。
?日本
川崎重工研制的纽约R142型地铁列车，车头底架端部吸 能1.02MJ。在美国国家运输技术中心(TTCI)进行了单车（37 吨）撞击试验，试验车沿坡度为千分之8.6的线路滑行而下撞 击刚性墙，走行距离约为500米。
吸能元件撞击试验
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吸能元件撞击试验
部分端部车体撞击试验
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
国研内究外现机状车车辆耐碰撞研究现状
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
法国阿尔斯通拥 有丰富的超高速列车 耐碰撞结构设计和碰 撞试验方面的经验。
2003年11月， 法国阿尔斯通在波兰 的日米格鲁德试验中 心进行了实物碰撞试 验,并在英国的汽车 制造业研究协会 (MIRA) 实验室进行 了滑行试验。
波兰日米格鲁德试验中心 实物碰撞试验 法国阿尔斯通AGV高速铁路的头车吸能装置
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
国内外机车车辆耐碰撞研究现 状
法国的铁路研究机构使用非线性有限元软件 Pam-crash 对车辆碰撞进行模拟，参考车辆耐碰撞性结构设计理 念，将非动力车两端结构设计为弱刚度的可大变形的 吸能区，并采用高性能计算机对某 TGV列车车辆结构 进行了耐撞性优化。 1993年，法国的阿尔斯通铁路集 团把列车耐碰撞性设计思想应用于“欧洲某夜间列车” 项目，提供了高于英国铁道组织标准要求的列车，法 国国有铁路对被动安全性曾进行过大量研究工作，探 究了被动碰撞安全性设计的基本原理，详细研究了列 车发生碰撞时的物理现象。
国内外机车车辆耐碰撞研究现 状
近20年来，欧洲铁路系统一直不断地进行着列车被动 安全防护技术的研究，西欧英、德、法、奥地利、比 利时等国通过对列车碰撞事故的广泛调查和统计，并 对频繁出现的典型列车事故类型进行还原研究 。 1990年至2007年，由欧盟资助的 TRAINCOL、 SAFETRAIN 、SAFETRAM 及SAFE INTERIORS 等项 目从耐撞的设计工具、干线铁路列车被动安全的设计 方法、有轨电车的被动安全性设计方法和列车内部设 备的被动安全性等多个方面进行了深入细致的研究
国内外机车车辆耐碰撞研究现 状
英国的研究表明，符合耐撞性设计理念的铁路客车应 在碰撞过程中保证司机室及乘客区的安全，并且加速 度必须保持在允许的范围内，英国铁路公司（ British Rail）曾开发出耐撞性司机室结构
国研内究外现机状车车辆耐碰撞研究现状
德国针对耐撞击车体结构技术进行了深入的研究， 并进行了吸能结构的试验。其中，较典型的是德国西 门子公司与汉诺威大学合开展城市轻轨车辆的结构耐 撞性研究。目前德国已经在城市轻轨车辆、 ICE第三代 列车上采用了耐冲击车技结构技术。 2006年11月14日, 进行了Brunel Railmotive 撞击试验。
近5年关于高速列车撞击学术论文 50多篇，会议论文 10篇，科技成果近 8项，硕士论文达到 46多篇，博士论 文达到15篇左右，专利成果达到 30项 一般采用计算、仿真等手段对吸能结构件、头车、车 钩、车体等进行大变形碰撞仿真研究、结构设计及优 化和二次碰撞伤害研究。其中专利在吸能、防爬、系 统控制、结构设计等方面提出了见解。
二级吸能
Brunel Railmotive 撞击试验
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一级吸能
德国西门子高速列车头车吸能装置
国研内究外现机状车车辆耐碰撞研究现状
试验能力：美国铁路联盟在位于科罗拉多州建有一条 1.2公里长的专用冲击试验线，可以进行全尺寸车辆、机车 的撞击试验，曾经对两辆客车以41.8km/h速度撞击特制冲击 墙的工况进行了实车试验。