[发明专利]一种列车等效缩模构建方法及列车等效缩模

说明书

本发明公开了一种列车等效缩模构建方法及列车等效缩模，该方法包括获取列车等效缩模相比于全尺寸列车的各个动力学参数的比例因子；依据列车碰撞过程中的变形吸能特征将列车分为头车和中间车以及将头车划分为变形吸能区和非变形区；基于动力学参数的比例因子对列车等效缩模的头车、中间车分别进行构建；依据全尺寸列车上相邻车厢间的连接车钩的变形吸能特性构建列车等效缩模上相邻车厢间的吸能导向件，将基于尺寸比例因子计算蜂窝铝圆柱体的长度；依据连接车钩的结构尺寸以及变形吸能特性曲线计算所述吸能导向件的截面面积。本发明构建的头车缩模能保证列车撞击力和车体刚度相似，精确还原列车碰撞过程，可靠度更高。

技术领域

本发明属于车辆技术领域，具体涉及一种列车等效缩模构建方法及列车等效缩模。

背景技术

列车碰撞事故造成的重大人员伤亡触目惊心。与汽车、船舶等交通工具单体撞击不同，列车由多节车辆编组而成，质量大，运行速度高，冲击动能远远高于汽车碰撞。列车撞击过程中既有单节车的撞击破坏问题，又有各车辆之间的耦合互撞等问题。由于碰撞时车辆间耦合作用，碰撞行为演化过程复杂多变，采用数值计算仿真方法，难以精确模拟列车—线路—运行环境构成的非线性系统所产生的复杂动态响应；采用全尺寸车辆实物碰撞及整列车多体碰撞试验费用巨大，因此，采用列车小尺度等效模型，研究车辆或整列车碰撞力学行为，获取和优化列车碰撞吸能参数方法，是研制耐冲击吸能列车的重要手段。

针对现有的列车小尺度等效模型，中南大学姚曙光等人提出了“一种列车等效缩比模型碰撞试验装置及方法”，该装置包括控制系统、测力墙、列车等效缩比模型、驱动车、驱动车发射系统；试验方法包括将运动等效缩比模型撞击测力墙或静止等效缩比模型，通过开展试验，精确确定影响爬车、跳车、之字形脱轨等成因，降低试验难度，节约试验成本。但是其为给出列车等效缩模的具体构建方法；此外，中南大学高广军等人提出了“用于碰撞实验的列车缩比等效模型构建方法及其系统”，基于缩比模型和实际列车撞击加速度一致性原则，在不考虑阻尼的情况下对动力学方程进行积分换算得到列车质量与撞击力缩比比例因子以及列车速度与时间的缩比比例因子，根据比例因子制定缩比准则，从而构建缩比模型，缩比车体选用强度高于吸能结构的质量块制作，缩比吸能结构选用蜂窝铝或者泡沫铝制作。然而，其缩比车体选用强度高于吸能结构的质量块制作，导致列车重心改变以及导致缩比车体质量过大，难以满足缩比准则；且质量块车体相对于原车体薄壁结构增加了列车刚度，缩比车体内部结构与实际列车有较大差异，无法保证车体刚度相似，易导致车体动力学响应规律不一致，难以精确模拟列车碰撞动力学响应，无法真实还原列车碰撞过程；此外，未考虑车体外观的相似性，缩比车体和原车体外观相差较大，得到的缩模还需要进一步改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种列车等效缩模构建方法及列车等效缩模，其将列车分为头车和中间车，再将头车分为变形吸能区和非变形区，进而分别进行分区设计。针对变形吸能区的车钩压溃管和主吸能装置采用撞击力等效缩比，针对非变形区和中间车的承载特性采用刚度等效缩比，建立的列车头车等效缩模既满足动力学特性相似关系，也满足结构相似性，能保证列车撞击力和车体刚度相似，精确还原列车碰撞过程，得到可靠度更高的列车头车缩模。此外，本发明设置的吸能导向件在车体碰撞过程中，吸能件被压缩吸能撞击能量，同时依托导向杆可以进一步保证相邻车体在碰撞过程中不会分离，更接近实际车钩结构，兼备良好的吸能特征和导向性。

一方面，本发明提供的一种列车等效缩模构建方法，包括如下步骤：

S1：获取列车等效缩模相比于全尺寸列车的各个动力学参数的比例因子；

其中，所述动力学参数的比例因子类型至少包括力比例因子、位移比例因子、尺寸比例因子、刚度比例因子和质量比例因子；

S2：依据列车碰撞过程中的变形吸能特征将列车分为头车和中间车以及将头车划分为变形吸能区和非变形区；

其中，变形吸能区包括头车吸能装置和司机室，所述头车吸能装置包括车钩缓冲器、车钩压溃管、主吸能装置，所述非变形区为头车的载人区；