机车车辆耐碰撞性能研究现状及标准解读

研究国现内状外机车车辆耐碰撞研究现状
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
中国科技大学参加的“十一五”国际科技支撑计划中国 高速列车关键技术研究及装备验收项目，对高速列车 的碰撞进行了仿真研究。
技术机分车析车——辆标碰准撞研标究准现状
碰撞标准对比分析 ➢ 英国GM/RT2001 ➢美国RSAC报告草案Tier I ➢ CFR ➢ 欧盟EN15227
机车车辆碰撞标准现状
美国的法规及相关标准由三部分组成：由政府主导颁 布的强制性法规，货车企业的行业标准和客车企业的 行业标准。其中，强制性法规由联邦铁路局（FRA） 制定，货车行业标准由北美铁道协会（AAR）制定， 客车行业标准由美国公共交通协会（APTA）制定。 FRA法规:对高速铁路的需求和一些通勤列车系统的建 立，促使美国国会授权FRA颁布法规。1996年，FRA 设立铁路安全咨询委员会（RSAC），汇集政府和企 业的代表们一起研究制定新的法规。1999年，FRA 新 法规颁布，写入了美国联邦规章典集（CFR）中，涉 及碰撞安全保护条款的CFR法规有：
机车车辆耐碰撞性能研究现 状及标准解读
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
印度火车碰撞事故现场
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
(b) 包括垂直方向和横向上的 3 英寸偏移 。
替代设计设备与传统车头碰撞，第一次 车辆连接时发生 2 英寸垂直/2 英寸横向
偏移
基于设计审核
为乘员预留占用空间 在操纵室预留生存空间 (a) 无永久形变，(b) 有限永久形变，(c)
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
中国铁道科学研究院机车车辆研究所利用PAMCRASH进行列车碰撞仿真研究。刘金朝、王成国等对 薄壁金属圆管的轴向压溃以及列车铝合金材料进行了 耐撞性数值模拟，还对我国25B型铁路客车和部分城 市轨道列车开展过碰撞大变形数值仿真以及乘员二次 碰撞研究；与天津滨海快速交通发展有限公司合作， 对天津城市轨道车辆的头车多级吸能装置及其布置进 行仿真研究，取得了一定的研究成果
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
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
上海地铁10号线事故模拟
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
同济大学李健、沈刚等在ADAMS中对某国外铁路车辆 防碰撞装置进行了动力学计算，研究耐撞性车辆设计 方法和吸能装置的力学特性。 赵洪伦等对城市轨道列车及高速列车开展过耐碰撞仿 真分析研究，通过结合有限元和多体动力学，寻求一 种既准确又快速的仿真方法。通过对基本吸能元件的 仿真及试验分析，将其研究成果应用北京八通线等制 造的城市轨道车辆的耐碰撞结构上，另外他们还对列 车吸能防爬结构等进行了优化设计研究。 王文斌等还对轨道列车乘员的二次碰撞伤害进行了研 究，研究车内布置及座椅设计参数对乘员伤害的影响
机车车辆碰撞标准现状 表 1：标准和评估的指导摘要
Tier I 用替代设计客运铁路设备防撞性和乘员保护性
能的评估技术标准和程序
与传统设备的 碰撞
占用空间完整 性
对撞设备跨覆
连接设备跨覆
禁止液体进入
替代设计列车与传统车头牵引列车的碰 撞： (a) 20 mph，驾驶室牵引；或者 (b) 25 mph，传统车头牵引。 在预期的碰撞负载路径上： (a) 800 kips.(b) 1000 kips.(c) 1200 kips. 替代设计设备与传统车头的碰撞： (a) 所有排列的设备。
试验线长170 m、轨距0.9m,刚性墙5X4.55X5.8m 最大载重2250 Kg，最高试验速度120km/h， 撞击加速度量程500 g，撞击力量程60T×24。
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吸能元件撞击试验
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 。
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
研究国现内状外机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
研究国现内状外机车车辆耐碰撞研究现状
日本
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
大连交通大学的兆文忠、陈秉智、车全伟等应用 PAM-CRASH软件对CRH3型动车组进行仿真研究，研 究CRH3动车组的大变形模式以及车辆的吸能情况， 撞击力、车辆速度。加速度等的时间历程，并在模型 中加入假人模型研究乘客的二次碰撞情况；运用PAMCRASH与ISIGHT等软件对上海地铁6-8号线车辆吸能 结构进行了抗撞性优化；段书华、陈秉智;王悦东通过 列车大变形碰撞仿真，对以碳钢车车体结构优化；与 长春轨道客车股份有限公司合作对某出口沙特的城轨 列车进行了耐撞性仿真，并验证其设计的合理性
国内外机车车辆耐碰撞研究现状
中国铁道科学研究院机车车辆研究所利用PAMCRASH进行列车碰撞仿真研究。刘金朝、王成国等对 薄壁金属圆管的轴向压溃以及列车铝合金材料进行了 耐撞性数值模拟，还对我国25B型铁路客车和部分城 市轨道列车开展过碰撞大变形数值仿真以及乘员二次 碰撞研究；与天津滨海快速交通发展有限公司合作， 对天津城市轨道车辆的头车多级吸能装置及其布置进 行仿真研究，取得了一定的研究成果
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
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。
研究现状
中南大学高速列车研究中心在1998年建立动模型碰撞试验台，在 该试验台上，四方股份进行了天津地铁、北京四号线等城轨车辆 碰撞吸能测试。
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机车车辆碰撞标准现状
英国的GM/RT2100：Structural Requirements for Railway Vehicle对耐碰撞车辆设计要求为：两列同类 型的车辆发生碰撞时，车辆端部纵向变形量不允许大 于1m，车辆前端吸收能量不小于1.0MJ；对于动车组 和固定编组的列车，碰撞最大冲击力不超过3000kN， 对于其它编组列车，碰撞最大冲击力不超过4000kN； 防爬器能承受100kN的垂直载荷。GM/RT2100由1994 年第一个版本已发展为2010年的第四个版本。碰撞标 准对比分析
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。
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。
国内外机车车辆耐来自百度文库撞研究现状
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
研究国现内状外机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。
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
研究国现内状外机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。