【摘要】：經(jīng)過(guò)持續(xù)不斷的發(fā)展,我國(guó)的高鐵路網(wǎng)初具規(guī)模。隨著高速鐵路的逐步發(fā)展,列車安全問(wèn)題也越來(lái)越重要。列車碰撞事故是列車最重要的安全性問(wèn)題之一,一旦發(fā)生將帶來(lái)了破壞性的經(jīng)濟(jì)和人員損失,解決鐵路車輛的碰撞安全性問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。加強(qiáng)列車碰撞事故的研究,設(shè)計(jì)合理的車輛結(jié)構(gòu),提升車輛的耐碰撞性能,減少二次碰撞乘員傷害,避免事故再次發(fā)生具有重要意義。傳統(tǒng)的列車碰撞多體動(dòng)力學(xué)建模方法,通常借助于力-位移曲線對(duì)列車端部易變形結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。本文通過(guò)數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)表明不同初速度工況下的列車力-位移曲線形狀有一定差異。因此,傳統(tǒng)多剛體仿真方法以固定速度下的力-位移曲線泛化到其他速度,在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生計(jì)算誤差。基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法中的隨機(jī)森林算法,提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的列車碰撞動(dòng)力學(xué)模型(DDTCM),從不同初速度條件下的離線有限元仿真結(jié)果中精確預(yù)測(cè)待給定初速度下的車輛端部結(jié)構(gòu)的力-位移曲線。結(jié)果表明,在源數(shù)據(jù)量有限的情況下,該模型預(yù)測(cè)力-位移曲線滿足工程實(shí)際應(yīng)用精度,模型泛化能力較強(qiáng)。本文將汽車碰撞仿真模型——非線性彈簧阻尼模型(NSDM)應(yīng)用于列車碰撞仿真中,通過(guò)并行遺傳算法和Newmark積分算法將其實(shí)現(xiàn)。在使用遺傳算法求解NSDM模型參數(shù)過(guò)程中進(jìn)行了120組實(shí)驗(yàn),并綜合適應(yīng)度值和計(jì)算效率兩方面因素,選定了最優(yōu)的彈簧和阻尼分段函數(shù)段數(shù)。以頭車碰撞實(shí)驗(yàn)為案例,本文就傳統(tǒng)多體碰撞動(dòng)力學(xué)建模方法:非線性彈簧阻尼模型(NSDM)、力-位移關(guān)系模型(FDRM)分別作了案例研究,并對(duì)比分析了36km/h初速度條件下三種建模方法的數(shù)值仿真性能和48km/h初速度條件下三種建模方法的泛化能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在初速度相同情況下,NSDM模型、FDRM模型和DDTCM模型針對(duì)單節(jié)車碰撞場(chǎng)景都能很好地預(yù)測(cè)動(dòng)力學(xué)響應(yīng),對(duì)于以固定初速度泛化到其他速度下的碰撞場(chǎng)景時(shí),DDTCM模型預(yù)測(cè)精度最佳。通過(guò)4節(jié)車編組碰撞場(chǎng)景仿真實(shí)驗(yàn),本文對(duì)比分析了DDTCM方法和FEM仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的加速度和速度等動(dòng)力學(xué)響應(yīng),證實(shí)DDTCM方法可以應(yīng)用于多節(jié)車編組碰撞仿真,且效率較高。通過(guò)整車編組碰撞和“二次碰撞”仿真兩個(gè)案例,證明了本文模型具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

（b） 2018 年美國(guó)南卡州“2.4”列車相撞事故圖 1-1 近年國(guó)內(nèi)外列車碰撞事故現(xiàn)場(chǎng)圖列車碰撞事故發(fā)生頻率低，然而一旦發(fā)生事故則往往伴隨著重大的經(jīng)濟(jì)損失亡。引起列車碰撞事故的原因主要是：人為操作失誤、系統(tǒng)調(diào)度錯(cuò)誤、天氣或境影響、其他車輛的入侵（汽車、貨車等）、車輛設(shè)備疲勞損壞等。表 1-1 展示了近年來(lái)國(guó)外列車碰撞事故及對(duì)應(yīng)的傷亡統(tǒng)計(jì)。表 1-2 展示了近列車碰撞事故及對(duì)應(yīng)的傷亡統(tǒng)計(jì)。從表 1-1 和表 1-2 可以看出，雖然軌道列和制造水平有了很大提升，但列車碰撞事故仍然帶來(lái)了不可估量的損失，可輛的碰撞安全性問(wèn)題亟待解決。列車碰撞事故一旦發(fā)生，可能會(huì)造成多達(dá)超亡，，造成線路運(yùn)行的癱瘓從而影響全國(guó)路線的運(yùn)行，還會(huì)對(duì)人民人民群眾造心理負(fù)擔(dān)和影響。近年以來(lái)，尤其是“7.23”甬溫線列車碰撞事故之后，國(guó)內(nèi)各高校和科研機(jī)構(gòu)

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 5 頁(yè)已經(jīng)足夠[19]。隨著國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)計(jì)算性能和行業(yè)對(duì)列車被動(dòng)安全的重視性的提升，部分學(xué)者開(kāi)始針對(duì)列車碰撞進(jìn)行有限元仿真研究，尤其是列車碰撞的變形模擬和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域[23, 30-32]。雖然仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩焖�、�?jīng)濟(jì)的模擬列車碰撞事故，但是整車實(shí)驗(yàn)仍舊是最有效的實(shí)驗(yàn)方式。日本川崎重工出口美國(guó)的 R142 型地鐵列車為了滿足美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)車體結(jié)構(gòu)吸收撞擊能量的要求，2006 年 3 月在美國(guó)進(jìn)行了兩列車碰撞實(shí)驗(yàn)（如圖 1-2 所示），并詳細(xì)地研究列車的整車運(yùn)動(dòng)、沖擊脈沖、乘員傷害等[33]。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U270.1;U298

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2596611