動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究

1、專 業(yè)：交通運(yùn)輸工程答 辯 人：指導(dǎo)老師：動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究研究Click to add TitleClick to add Title1 1 緒緒 論論1 1Click to add TitleClick to add Title2 2國內(nèi)外列車碰撞事故調(diào)研及分析國內(nèi)外列車碰撞事故調(diào)研及分析2 2Click to add TitleClick to add Title1 1 國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)分析國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)分析3 3Click to add TitleClick to add Title2 2我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究4 4Click to a

2、dd TitleClick to add Title1 1總結(jié)和展望總結(jié)和展望5 51 緒 論研究背景研究背景 由于天氣等運(yùn)行環(huán)境的突變和人為失誤等不可避免的因素影響，所以列車事故的發(fā)生難以避免。尤其是現(xiàn)代高速列車，具有乘客數(shù)量多且質(zhì)量大，能量大慣性大等特點(diǎn)，一旦發(fā)生列車碰撞事故，將給人們帶來嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失。世界各國每年都有一些列車碰撞事故發(fā)生。 1 緒 論研究背景研究背景 1999.10.5英國Ladbroke Grove事故2005.1.26美國加州事故2008.4.8波蘭碰撞事故2006.4.11 中國汕頭事故1 緒 論研究意義 近年來，隨著歐洲、英國、美國、法國、德國等國

3、家對車輛的被動安全研究的不斷系統(tǒng)全面且深入的研究，國外已有幾個發(fā)達(dá)國家針對機(jī)車車輛的耐撞性要求制定了一系列詳細(xì)的耐撞性標(biāo)準(zhǔn)。 車輛耐撞性標(biāo)準(zhǔn)是針對機(jī)車車輛的被動安全性提出的要求，目的是在列車碰撞事故發(fā)生后，減輕事故造成的危害，當(dāng)所有可能避免碰撞事故發(fā)生的功能失效后，為乘員和列車本身提供最后一道安全保護(hù)措施。耐撞性標(biāo)準(zhǔn)從側(cè)面反映出該國機(jī)車車輛的被動安全性，標(biāo)準(zhǔn)要求越高，代表的車輛的被動安全性越好，那么也能夠更好的為乘員提供被動安全保護(hù)，那該國車輛的國際競爭力也越強(qiáng)。 總的說來，耐撞性標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上，給乘員提供的被動安全保護(hù)反映了該國機(jī)車車輛的被動安全性能，所以我國對于車輛耐撞性標(biāo)準(zhǔn)的制定，刻不

4、容緩。1 緒 論國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)的研究成果研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀英國歐盟美國 英國通過對過去發(fā)生的事故的統(tǒng)計，發(fā)表了很多詳細(xì)的事故報告，進(jìn)行詳細(xì)的事故統(tǒng)計的目的就是要將事故類型、車輛損傷情況和傷亡水平、風(fēng)險性評估等聯(lián)系起來，通過它們之間的聯(lián)系來指導(dǎo)車輛耐撞性設(shè)計。英國進(jìn)行了實車試驗驗證了數(shù)學(xué)模型研究結(jié)果。 歐盟同樣的對過去發(fā)生的列車事故進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計分析，分析更加透徹，從眾多事故中選取有代表性的三個典型的碰撞事故情景；研究還發(fā)現(xiàn)碰撞中乘員受到的減速度應(yīng)不超過5g，司機(jī)的救生空間不小于0.75m。 美國提出對于運(yùn)行速度在200km/h以上的列車，碰撞能量管理具體規(guī)定為，兩相似車在相對速度為48km/h下

5、正面碰撞，總共需要吸收13MJ的碰撞能量，機(jī)車前端部5MJ和后端部3MJ，機(jī)車后第一節(jié)車5MJ，碰撞過程中最大的減速度不超過8g。1 緒 論研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 通過闡述分析國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)的研究成果，得到國外研究耐撞性標(biāo)準(zhǔn)的方法，如下： 通過對過去發(fā)生的列車事故進(jìn)行統(tǒng)計分析，尋找出發(fā)生概率大且引起大量人員傷亡的碰撞事故類型，并研究車輛在碰撞過程中的損傷形式對傷亡水平的影響，從而確定耐撞性標(biāo)準(zhǔn)的方向。 主要是通過建立列車的數(shù)學(xué)模型，研究各種列車碰撞過程中車輛的運(yùn)動狀態(tài)和變形情況。事故統(tǒng)計分析法數(shù)學(xué)建模仿真實車試驗 主要是通過具有耐撞性設(shè)計車輛的實車試驗，將數(shù)值模擬的結(jié)果和實驗的結(jié)果進(jìn)行比較，驗證數(shù)值

6、模擬仿真的正確性。1 緒 論研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 近幾十年，國內(nèi)許多學(xué)者對列車碰撞和提高車輛的耐撞性做了大量的研究，但仍未形成耐撞性標(biāo)準(zhǔn)。 中南大學(xué)高速列車研究中心的田紅旗教授及其團(tuán)隊從事列車撞擊動力學(xué)的理論研究，田教授針對客運(yùn)列車耐撞性吸能車體的設(shè)計，提出了新的設(shè)計方法多級縱向剛度匹配方法。 2000年以來至今，田紅旗等人先后對薄壁結(jié)構(gòu)的車輛吸能部件進(jìn)行了碰撞模擬、設(shè)計了出口伊朗吸能客車車體 同濟(jì)大學(xué)趙洪倫教授深入研究以某城市軌道車輛部分低地板動車組為研究對象，運(yùn)用被動安全防護(hù)技術(shù)提高城市軌道動車組耐撞擊性能系統(tǒng)設(shè)計的總體設(shè)計思想，采用動態(tài)的非線性有限元技術(shù)，進(jìn)行了耐撞性的車體結(jié)構(gòu)碰撞仿真分析。

7、他將列車仿真技術(shù)運(yùn)用在南車四方機(jī)車車輛股份有限公司為北京八通線等制造的耐撞性城市軌道車輛Click to add TitleClick to add Title1 1緒緒 論論1 1Click to add TitleClick to add Title2 2國內(nèi)外列車碰撞事故調(diào)研及分析國內(nèi)外列車碰撞事故調(diào)研及分析2 2Click to add TitleClick to add Title1 1國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)分析國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)分析3 3Click to add TitleClick to add Title2 2我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究4 4Click to

8、add TitleClick to add Title1 1總結(jié)和展望總結(jié)和展望5 52 國內(nèi)外列車事故調(diào)研及分析國內(nèi)外列車事故調(diào)研及分析事故調(diào)查的意義事故調(diào)查的意義 國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究的基本方法就是事故統(tǒng)計分析，因此，本文也從列車事故統(tǒng)計分析開始研究。 事故調(diào)查的目的就是為了分析研究出事故類型、車輛的運(yùn)動狀態(tài)和破壞形式對乘員的傷亡水平和傷亡原因的影響，找出引起重大傷亡數(shù)量的影響因素，針對其對機(jī)車車輛進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，對車輛進(jìn)行耐撞性設(shè)計，減輕或者消除其對傷亡數(shù)量的影響，從而提高機(jī)車車輛的耐撞性能。 另一個方面，把列車事故當(dāng)成是一次很有研究利用價值的試驗，通過計算機(jī)仿真技術(shù)對事故的再次模擬重現(xiàn)，

9、將計算機(jī)仿真技術(shù)得到的數(shù)據(jù)和事故調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以得知計算機(jī)仿真技術(shù)的準(zhǔn)確度和可信度。2 國內(nèi)外列車事故調(diào)研及分析國內(nèi)外列車事故調(diào)研及分析國內(nèi)外列車碰撞事故對比美國英國中國 從事故類型來看，事故發(fā)生概率最大的仍然是列車的正面碰撞，且其造成的傷亡人數(shù)和后果都是最嚴(yán)重的。但我國列車的運(yùn)行環(huán)境與國外的并不相同，國外列車碰撞事故中平交道口的碰撞事故也占有比較大的比重，而我國鐵路平交道口相對少些，這類事故發(fā)生概率也相對少些。此外我國的列車追尾也是我國列車碰撞事故中最嚴(yán)重的事故類型之一。 通過國內(nèi)外列車事故的對比，發(fā)現(xiàn)我國的列車事故特點(diǎn)與國外的列車事故，有相同的地方，也有不同的地方。因此，對于相同的

10、地方，我國可以參考國外標(biāo)準(zhǔn)，對于不同之處，可以結(jié)合我國車輛的自身特點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的耐撞性改進(jìn)研究。2 國內(nèi)外列車事故調(diào)研及分析國內(nèi)外列車事故調(diào)研及分析乘員損傷機(jī)理及車輛耐撞性改進(jìn)乘員損傷機(jī)理及車輛耐撞性改進(jìn) 國內(nèi)外典型列車碰撞事故的研究，主要就是為了找到事故中引起乘員傷亡的因素以及其傷亡程度，分析列車碰撞過程中乘員的損傷機(jī)理，減輕列車碰撞事故對乘員造成的傷害。如下幾個方面： 列車載人區(qū)變形過大或外部物體侵入載人區(qū)，導(dǎo)致乘員的生存空間破壞從而引起傷亡； “一次碰撞”引起的沖擊加速度過大，超過人體生理耐受極限以致乘員傷亡； 乘員與車體及車內(nèi)設(shè)備之間發(fā)生劇烈的二次碰撞，致使乘員的頭、頸、胸、膝等重要部

11、位發(fā)生嚴(yán)重傷害； 碰撞引起了其它后繼的事故，比如脫軌、顛覆、爬車等導(dǎo)致乘員產(chǎn)生新的傷害； 碰撞事故中乘員的損傷機(jī)理，給車輛的耐撞性改進(jìn)提供了方向，主要有以下幾點(diǎn)：縱向力要求、要有防爬裝置、限制碰撞減速度、安裝專用能量吸收裝置、加強(qiáng)轉(zhuǎn)向架和車體之間的連接并加強(qiáng)整個車體的強(qiáng)度等。Click to add TitleClick to add Title1 1緒緒 論論1 1Click to add TitleClick to add Title2 2國內(nèi)外列車碰撞事故調(diào)研及分析國內(nèi)外列車碰撞事故調(diào)研及分析2 2Click to add TitleClick to add Title1 1國外耐撞性標(biāo)

12、準(zhǔn)研究國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究3 3Click to add TitleClick to add Title2 2我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究4 4Click to add TitleClick to add Title1 1總結(jié)和展望總結(jié)和展望5 53 國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究 英國英國：鐵路分類標(biāo)準(zhǔn)GM/RT2100主要規(guī)定就是管理生產(chǎn)在英國運(yùn)營的鐵道車輛的耐撞性要求,2000年10月頒布；歐盟歐盟：EuroNorm prEN15227軌道車輛車體的耐撞性要求，2007年12月12日頒布；EN12663軌道車輛車體的結(jié)構(gòu)要求，2000年1月14日頒布； 歐盟還有一個高速的標(biāo)

13、準(zhǔn)： 高速互換性技術(shù)規(guī)定TSI,任何新造的設(shè)計速度在200km/h及以上的鐵道車輛必須強(qiáng)制性的執(zhí)行，2008年2月21日頒布；美國美國： 美國FRA（聯(lián)邦鐵道部）把車輛安全標(biāo)準(zhǔn)列入了聯(lián)邦條例中（CFR），在聯(lián)邦條例中49條款中200299部分就詳細(xì)說明了軌道車輛安全性的最低標(biāo)準(zhǔn)49CFR，1999年5月12日； 美國鐵路聯(lián)盟（AAR）制定了機(jī)車的最小結(jié)構(gòu)要求標(biāo)準(zhǔn)S-580機(jī)車耐撞性要求，1989年頒布，1994年修訂； 美國公共鐵路運(yùn)輸聯(lián)盟（APTA）也制定了一個關(guān)于客車安全性的標(biāo)準(zhǔn)APTA SS-C&S-034-99鐵路全體客車建造和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，1999年7月1日； 美國鐵路安全咨詢委

14、員會發(fā)布了DRAFT RSAC REPORT 9-16-10，是速度在0200km/h范圍的鐵路客車設(shè)備的耐撞性能和乘員保護(hù)性能評估的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，2010年9月16日。 研究之前，先對國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了統(tǒng)計，主要有以下幾個國家和地區(qū)制定了詳細(xì)的機(jī)車車輛耐撞性標(biāo)準(zhǔn)：3 國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究 各標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，英國標(biāo)準(zhǔn)適用于最高運(yùn)行速度在200km/h以上的所有車輛；歐洲標(biāo)準(zhǔn)則主要是針對各種類型的客車，但沒有速度上的要求；美國標(biāo)準(zhǔn)分為兩級，最高運(yùn)行速度范圍從128km/h 至240km/h，還是針對客車提出的。但是美國標(biāo)準(zhǔn)還考慮到了運(yùn)行線路的因素，對發(fā)生列車碰撞事故可能較高的線路類型，提出幾點(diǎn)

15、要求要有公路和鐵路交叉，要有貨車作業(yè)等。美國公路網(wǎng)十分的發(fā)達(dá)，經(jīng)常和鐵路有交叉，平交道口多；且大部分客運(yùn)和貨運(yùn)并不分離，這導(dǎo)致客車在平交道口發(fā)生碰撞事故和與貨車發(fā)生碰撞事故的概率高。高速TSI基本上涵蓋了鐵路上所有的車輛類型，機(jī)車、客車、貨車、鐵路建設(shè)和維修設(shè)備等，規(guī)定車輛的最高運(yùn)行速度在190km/h以上。 每個國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)都有不同的適用范圍，也代表了該標(biāo)準(zhǔn)所限制的對象，在適用范圍內(nèi)的車輛均應(yīng)該符合對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的耐撞性要求。標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍3 國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)對比分析國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)對比分析車輛耐撞性標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)縱向載荷：習(xí)慣性規(guī)定車輛一些部件的驗證載荷確保列車在

16、受到大的碰撞時，車體能傳遞動態(tài)的壓縮載荷保持乘員救生空間的完整性。爬車防護(hù)：規(guī)定車輛要體現(xiàn)防止和減輕爬車的嚴(yán)重程度的結(jié)構(gòu)設(shè)計；脫軌防止：規(guī)定車輛要體現(xiàn)防止和減輕橫向脫軌的嚴(yán)重程度的結(jié)構(gòu)設(shè)計；碰撞吸能量：規(guī)定車輛以可控的能預(yù)測的方式吸收指定的碰撞能量；乘員的減速度：限制在列車碰撞發(fā)生時，乘員所受到的最大減速度；轉(zhuǎn)向架的保留：車體或者轉(zhuǎn)向架所受到的加速度大小是受到轉(zhuǎn)向架與車體的連接強(qiáng)度限制的。3 國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究縱向力要求縱向力要求U K G r o u p S t a n d a r d GM/RT2100Draft EuroNorm EN15227U . S . R a i l E q u

17、i p m e n t Crashworthiness StandardsHigh speed TSI靜態(tài)縱向載荷要求壓縮驗證載荷：車 鉤 或 緩 沖 區(qū) 2000KN;在車鉤或地板上350mm處400KN;在中間層300KN;在每個防撞柱的任何點(diǎn) 150KN壓縮驗證載荷：車 鉤 或 緩 沖 區(qū)2000KN;在 結(jié) 構(gòu) 底 板 上150mM處400KN;在中間層300KN壓縮驗證載荷：在車鉤處及其他的 端 部 結(jié) 構(gòu)3560KN;機(jī)車縱向中心線上的緩沖梁結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受4450KN，且作用面積不超過6英寸*24英寸壓縮驗證載荷：車鉤1500KN;乘員區(qū)的驗證載荷要比壓潰區(qū)的平均載荷高1500KN拉

18、伸驗證載荷：1500KN 車鉤拉伸驗證載荷：1000KN 車鉤無無 各標(biāo)準(zhǔn)對于縱向載荷的規(guī)定主要是從靜強(qiáng)度方面來考慮的，主要是為了保證乘員的救生空間具有足夠的強(qiáng)度，在碰撞發(fā)生時，給乘員提供一定的保護(hù)。通過對車體端部的幾個重要部位的靜強(qiáng)度提出要求，從上表看出，美國的數(shù)值相對較高，主要是受到車體的靜強(qiáng)度和車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。各標(biāo)準(zhǔn)縱向力的要求對比3 國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究爬車防護(hù)爬車防護(hù) 爬車是造成乘員大量傷亡的主要原因之一，各個標(biāo)準(zhǔn)中都要求車體端部應(yīng)安裝防爬裝置，對防爬器的要求也不相同。在車輛防爬器發(fā)生作用時，主要影響因素為垂向載荷，車體的質(zhì)量對其有較大的影響。各標(biāo)準(zhǔn)爬車防護(hù)的要求對比U K G r

19、 o u p S t a n d a r d GM/RT2100Draft E u r o N o r m EN15227U . S . R a i l E q u i p m e n t Crashworthiness StandardsHigh speed TSI爬 車防護(hù)防爬器的強(qiáng)度要求：垂 向 驗 證 載 荷100KN;橫 向 驗 證 載 荷100KN;壓縮載荷1000KN防爬器應(yīng)限制垂向位移防爬器的垂向驗證載荷：從一半的車體質(zhì)量到150KN;在36km/h的碰撞模擬中，至少要保證轉(zhuǎn)向架的一個輪對在軌道上要求防爬器：垂向驗證載荷：中間端能承受向上 或 者 向 下445KN，機(jī)車前端 則

20、 需 承 受890KN車體端部 應(yīng) 該安裝設(shè)備 阻 止防爬3 國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究碰撞吸能量要求碰撞吸能量要求 各個標(biāo)準(zhǔn)對此要求也不相同，英國規(guī)定的是三種可供選擇的吸能量要求，而歐盟則是規(guī)定了三種碰撞場景，沒有對能量的數(shù)值提出要求，另外美國是在給定的碰撞場景下，碰撞吸能量應(yīng)如何分配。主要是由于各個國家車輛的運(yùn)行環(huán)境，車輛的編組和重量，車體端部非載人區(qū)的長度的不同；各標(biāo)準(zhǔn)碰撞吸能量要求對比U K G r o u p S t a n d a r d GM/RT2100Draft E u r o N o r m EN15227U . S . R a i l E q u i p m e n t Cras

21、hworthiness StandardsHigh speed TSI吸 能量 要求有三種能量吸收的方式：在1m壓潰內(nèi)吸收1MJ；分散在兩端部之間每車吸收2MJ；分散式吸能等于以60km/h速度對撞時需要吸收的能量能量吸收等于：36km/h的同種車之間的碰撞；36km/h和80t帶緩沖的車輛碰撞；110km/h和大的障礙物碰撞兩相似的車輛，以48km/h正面碰撞：整車共吸收13MJ碰撞能量，其中頭車吸收5MJ，頭 車 尾 端 吸 收3MJ，頭車后的第一節(jié)車廂前端吸收5MJ；36km/h的同種車之間的碰撞；36km/h和80t帶緩沖的車 輛 碰撞；110km/h和15t障礙物碰撞；3 國外耐撞性

22、標(biāo)準(zhǔn)研究乘員減速度要求乘員減速度要求 英國規(guī)定的是整個碰撞過程中的撞擊力要求，其他國家標(biāo)準(zhǔn)則是對減速度的大小做出規(guī)定。對于這個要求，各個標(biāo)準(zhǔn)制定的方法不一，歐盟利用假人進(jìn)行模擬分析，通過采集數(shù)據(jù)得到；美國采用的人體的某部位所能承受的最大二次碰撞速度，對減速度進(jìn)行限制。減速度要求主要受到人體耐受極限和二次碰撞速度的影響。各標(biāo)準(zhǔn)乘員減速度要求對比U K G r o u p S t a n d a r d GM/RT2100Draft EuroNorm EN15227U . S . R a i l E q u i p m e n t Crashworthiness StandardsHigh spe

23、ed TSI乘員的減速度要求加速度沒有明確的規(guī)定，在碰撞期間最大的力不超過3000KN對于固定組成的車組，4000KN對所有其他的車輛限制是5g，不應(yīng)超過7.5g；在駕駛室可以允許更高，但是瞬態(tài)的持續(xù)時間不超過5ms加速度：不超過8g乘員所受到的減速度不超過5g3 國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)研究轉(zhuǎn)向架的保留轉(zhuǎn)向架的保留各標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向架的保留要求對比U K G r o u p S t a n d a r d GM/RT2100Draft E u r o N o r m EN15227U . S . R a i l E q u i p m e n t Crashworthiness StandardsHigh s

24、peed TSI轉(zhuǎn) 向架 的保留縱向：對于機(jī)車，頭車，固定車組是3g轉(zhuǎn)向架質(zhì)量/其他車是5g；垂向：2g壓縮滿載荷；橫向：1.1g轉(zhuǎn)向架質(zhì)量和半車質(zhì)量的更大的車體的安裝設(shè)備，包括轉(zhuǎn)向架：縱向：客運(yùn)車5g機(jī)車3g；垂向：1g2g對所有的車；橫向：1g對所有的車轉(zhuǎn)向架與車體的連接：應(yīng)承受2g轉(zhuǎn)向架質(zhì)量的垂向力或者施加在轉(zhuǎn)向架上水平面內(nèi)任意方向的25萬磅的載荷以及其產(chǎn)生的垂向反力無 轉(zhuǎn)向架的保留對于碰撞過程中保持車輛的穩(wěn)定性有利，除TSI外，各個標(biāo)準(zhǔn)均對其作出了規(guī)定，主要是對轉(zhuǎn)向架與車體連接處的加速度進(jìn)行限制，受到該處的強(qiáng)度影響。Click to add TitleClick to add Titl

25、e1 1緒緒 論論1 1Click to add TitleClick to add Title2 2國內(nèi)外列車碰撞事故調(diào)研及分析國內(nèi)外列車碰撞事故調(diào)研及分析2 2Click to add TitleClick to add Title1 1國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)分析國外耐撞性標(biāo)準(zhǔn)分析3 3Click to add TitleClick to add Title2 2我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究4 4Click to add TitleClick to add Title1 1總結(jié)和展望總結(jié)和展望5 54 4 我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究 本文第

26、二章中對我國列車事故分析，可以得到由于我國列車碰撞事故類型主要還是列車的正面碰撞，那么動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)就應(yīng)該把減小正面碰撞帶來的影響作為最主要的內(nèi)容，可以從縱向力載荷要求和碰撞場景要求這兩方面來限制其影響，另外，從造成傷亡人數(shù)水平來看，最主要的還是要在碰撞過程中防止爬車現(xiàn)象的發(fā)生，因此標(biāo)準(zhǔn)中要有爬車防護(hù)。當(dāng)然整個碰撞過程中乘員受到的減速度，受到人體最大承受能力限制，這是必須規(guī)定的。 對于耐撞性標(biāo)準(zhǔn)的制定，都是基于標(biāo)準(zhǔn)的碰撞場景，在給定的碰撞場景之下，對機(jī)車車輛提出必須滿足的各方面的耐撞性要求，因此，我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案的制定，必須先從碰撞場景的制定開始。標(biāo)準(zhǔn)草案的主要內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)草案的主要內(nèi)容

27、 綜上所述，從對我國列車事故統(tǒng)計分析和典型動車組事故分析，最終確定我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容可以確定為4個大的方面；（1）碰撞場景的制定；（2）縱向載荷要求；（3）防爬性能要求；（4）乘員減速度要求。4 4 我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究 碰撞場景的制定碰撞場景的制定 要制定動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)中的其他方面的要求，就必須先制定標(biāo)準(zhǔn)中的碰撞場景，在什么樣的碰撞條件下，包括碰撞類型、碰撞速度、碰撞物類型等。碰撞場景的制定，也就相應(yīng)的對我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案提出了碰撞吸能量的要求，要滿足標(biāo)準(zhǔn)的碰撞場景，其碰撞能量分配必須滿足一定的條件。（1）碰撞類型 由于我國動車組的運(yùn)行

28、環(huán)境與國外有很大的差別，因此對于碰撞場景的選擇，會有一定的差別。我國動車組的最高運(yùn)行速度均在200km/h以上，都是在專門獨(dú)立的客運(yùn)專線上行駛，與貨車的線路完全分開，動車組的運(yùn)行環(huán)境也是在全封閉的高架橋上，不但沒有貨運(yùn)情況發(fā)生，而且也與公路線路沒有任何交叉，并且由于周圍有防護(hù)欄阻隔，動車組封閉運(yùn)行，線路上也不會出現(xiàn)大型的障礙物。因此鑒于以上我國動車組的運(yùn)用情況，最嚴(yán)重的列車事故碰撞類型就只有兩列動車組之間的碰撞。 再從第二章對我國列車重大事故統(tǒng)計分析，得出在我國發(fā)生列車正面碰撞的概率最大，且造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失最嚴(yán)重。因此，以列車正面碰撞作為動車組碰撞場景的事故類型；4 4 我國動車組耐撞

29、性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究 （2）碰撞物類型 碰撞列車類型選擇方面，由于在現(xiàn)實發(fā)生的列車碰撞事故中，沒有任何的碰撞事故會是完全對稱的，也不可能是完全的正面碰撞。特別是在兩輛不同類型的車輛之間的碰撞，由于幾何結(jié)構(gòu)和剛度的不同，其中一輛車將承受比另一輛車更大的沖擊載荷，所以兩車的穩(wěn)定性也不同，但是這其中存在很多復(fù)雜的不確定情況?？紤]到上述原因，本文將采用兩相同類型動車組的正面碰撞。（3）碰撞速度 對車輛進(jìn)行耐撞性設(shè)計主要就是要將碰撞過程中的能量耗散掉，由于碰撞速度對碰撞能量的影響十分巨大，需從碰撞能量吸收方面來考慮。前面第三章分析的碰撞吸能量與車輛的編組重量還有非載人區(qū)長度有關(guān)。從

30、這兩方面來考慮速度的選擇，可以參考?xì)W洲的標(biāo)準(zhǔn)，選擇36km/h。 因此，碰撞場景設(shè)定為：在36km/h的相對碰撞速度下，兩列相同的動車組發(fā)生正面碰撞，應(yīng)該滿足碰撞后車體載人區(qū)不發(fā)生變形，且在碰撞過程中乘員的減速度在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍之內(nèi)。4 4 我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究縱向載荷要求縱向載荷要求項目作用點(diǎn)EN12663GM/RT2100CFR49-238暫規(guī)鉤緩區(qū)域的縱向力位于鉤緩高度的壓縮力1500KN1500KN3450KN1000KN裝配有側(cè)緩沖裝置時對角地作用于緩沖裝置高度壓縮力500KN500KN無無 掛鉤區(qū)域的拉伸力1000KN1500KN無1000KN作

31、用于端墻區(qū)域的壓縮力底架上方150mm處的壓縮力（或者車鉤上方350mm）400KN400KN445KN無車窗檻高度的壓縮力300KN300KN1300KN300KN上側(cè)梁高度的壓縮力300KN300KN356KN300KN 縱向力和車體端部的靜強(qiáng)度還有車體的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，右表為我國動車組和國外的對比情況，我國動車組的靜強(qiáng)度和歐洲差不多。 另外，車體的結(jié)構(gòu)形式方面，我國動車組采用的是鋁合金筒形的結(jié)構(gòu)承載形式，比較接近歐洲和英國車輛的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。我國動車組靜強(qiáng)度與各國的對比我國動車組靜強(qiáng)度與各國的對比 因此，參考上述標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，建議我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)對于縱向載荷要求為在碰撞過程中，車體載人區(qū)必

32、須能夠承受2500KN的縱向力的沖擊。4 4 我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究防爬性能要求防爬性能要求 前文第三章中分析了，對防爬器影響最大的是垂向載荷的大小，而垂向載荷很大程度上受到車體自重的影響。因此，從車輛的重量級來考慮，防爬性能要求。國家 重量級（t）英國40美國100德國50中國50各國機(jī)車車輛的重量級對比各國機(jī)車車輛的重量級對比 中國車輛重量和歐洲的相當(dāng)，那么對于防爬性能的要求，可以參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。建議我國的耐撞性標(biāo)準(zhǔn)中防爬性能要求，為防爬器在垂向能承受的滿載時車體的一半質(zhì)量到最大為150KN。4 4 我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草

33、案研究 乘員減速度要求乘員減速度要求 對于乘員減速度的規(guī)定，可以參考美國的制定依據(jù)。人體以36km/h速度撞擊前方一定距離的物體，那么就判定為死亡20。 可以認(rèn)為乘員在列車發(fā)生碰撞事故后，在乘員離開座位與前端桌椅發(fā)生碰撞的這個過程中受到的減速度是恒定的。因此由運(yùn)動學(xué)的知識，我們知道，乘員在這個過程中，是一個初速度為0的勻加速運(yùn)動。而對這個人體所能承受的最大撞擊速度V，這個是可以借鑒的，再根據(jù)車輛中座位的間距S，由牛頓第二定律，我們可以求出這個撞擊過程中乘員受到的減速度，如下面公式所示。2/ 2aVS4 4 我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究 乘員減速度要求乘員減速度要求

34、根據(jù)各國列車內(nèi)部座位和桌子間距或者座位間距（中間沒桌子）的對比情況，如右圖所示，我國的動車組的座位間距和歐盟的座位間距相差不大，可以參考?xì)W盟標(biāo)準(zhǔn)中對乘員減速度的限制。國家座位間距英國920mm美國600mm德國920mm中國980mm各國列車座位間距之間的對比 因此，建議我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)乘員減速度要求具體規(guī)定為，機(jī)車在碰撞過程中的平均減速度為5g，最大不超過7.5g,允許出現(xiàn)更大的瞬時減速度，但是規(guī)定持續(xù)時間不超過5ms，中間車則限制為5g。4 4 我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)草案研究 動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)碰撞場景驗證動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)碰撞場景驗證 對于我國動車組耐撞性標(biāo)準(zhǔn)中的碰撞場景，能否可以滿足，這需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究驗證，下面運(yùn)用多剛體動力學(xué)的知識，建立數(shù)學(xué)模型，對此碰撞場景進(jìn)行驗證。 由于我國動車組原型車的端部只設(shè)置了車鉤緩沖器，并沒有安裝吸收碰撞能量的吸能結(jié)構(gòu)，因此原型車動車組在碰撞過程中，受到的沖擊載荷大，為保護(hù)乘員安全，要對動車組原型車的端部增加吸能結(jié)構(gòu)的設(shè)計