基于RADIOSS和HyperCrash的电动车组碰撞仿真

 项目介绍

 随着列车的全面提速，列车碰撞安全性成为现代列车研究的最关键内容之一。车体的耐撞性包括车体结构的承载能力、变形模式和自身吸收撞击能量的能力等多方面的综合特性。满足列车车体结构的耐撞性，也就是在一定的撞击速度下，列车车体的各个部位能有序的发生碰撞变形，在尽可能多的吸收撞击能量的同时，最大限度的降低撞击减速度，为司机和乘客保留足够的逃生空间，从而降低碰撞事故带来的伤害。

 某知名厂商以某铝合金电动车组车体结构为载体，利用HyperMesh软件强大的网格划分功能建立网格，并在HyperCrash中建立8节编组动车组有限元模型，采用RADIOSS软件显式求解器，基于计算机数值仿真技术对车体进行大变形碰撞仿真，得到该车体发生大变形碰撞时的车体塑性变形、撞击力、车体减速度等参数与时间的变化情况，并根据EN15227标准中的评价准则对该动车组车体的碰撞安全性进行评估。

 挑战

 由于，目前该碰撞工况很难进行真实的试验，如何在设计阶段对车体的安全性进行准确评估，从而满足安全性需求。

 解决方案

 该车体是采用大型铝型材焊接而成，采用8节编组，头车前端带有吸能车钩和碰撞吸能器，两节车辆之间带有中间吸能车钩，可以很好的吸收碰撞能量，头车结构如图1所示。

图1头车车体结构示意图

 根据EN15227：2008标准，对于在平交路口上，一辆列车单元以65km/h的速度和一个大而重的可变形障碍物之间发生撞击，如图2所示。可变形障碍物的详细参数及模型建立要求可以参照EN15227：2008标准中C。3部分。

图2电动车组碰撞工况

 在碰撞过程中，列车的碰撞能量主要集中在车体前端结构部分，而前端结构也同样具有载客能力，需要同时考虑司机和乘客的安全，所以耐撞性对于头车车体尤为重要。为提高计算效率，建立头车车体前面部分模型，后面部分及其他7辆车体用质点模拟。有限元模型建立如下：

图3电动车组碰撞有限元模型

 根据上述工况及有限元模型，采用RADIOSS显式求解器进行求解，并用HyperView查看碰撞结果。碰撞过程

　　中，车体与可变形障碍物随时间变化的变形图如图4所示。

图4碰撞过程车体及障碍物变形图

 整个碰撞过程中，前端缓冲器仅仅压缩8mm，吸收能量很小，前端车钩与障碍物不发生接触，不吸收能量，由于车体刚度较大，大部分碰撞能量被可变形障碍物吸收。头车的塑性应变云图如图5所示，红色为塑性应变大于10%的区域，从图中可以看到，车体前端发生很小的塑性变形，对车体整体结构几乎没有影响。因此，司机及乘客的生存区没有受到影响。图6为头车的位移云图。

图5塑性应变云图

图6位移云图

 结论

 根据EN15227：2008标准中规定的碰撞工况，以某铝合金电动车组车体结构为载体，应用Altair公司碰撞仿真软件HyperCrash和RADIOSS进行大变形碰撞仿真，并以碰撞过程中车体结构的塑性变形、司机和乘客的生存空间和平均加速度等情况为基准，评估了该列车的安全性。可以较准确高效的实现动车碰撞仿真，很好地评估并保障列车的碰撞安全性。因此，该仿真方法可以在轨道车辆的碰撞仿真中得到广泛的应用。

 本文出自深圳有限元科技有限公司官网：www.featech.com.cn 转载请注明