城市有轨电车碰撞联合仿真分析

提出非线性有限元和多刚体动力学联合仿真的方法对现代有轨电车碰撞进行模拟,仿真计算结果表明,在有轨电车与刚性障碍物倾斜碰撞的过程中,碰撞角度对车辆是否脱轨具有决定性的影响.随着碰撞角度的增加,车辆脱轨的风险急剧上升.通常情况下为了防止有轨电车碰撞脱轨,最大的撞击角度应低于25°.此外,轮轨摩擦系数对有轨电车碰撞过程中的脱轨也具有明显的影响.当轮轨摩擦系数由于雨雪等天气因素降低时,一方面车辆所需要的制动距离明显增加,更容易造成有轨电车碰撞事故的发生;另一方面钢轨对于车轮运动的抑制作用减弱,加大了车辆脱轨的风险.     

现代有轨电车碰撞脱轨影响因素

运用多刚体动力学理论对有轨电车与汽车在平交道口的碰撞进行仿真分析.研究结果表明有轨电车在平交道口受到汽车以20km·h-1的速度侧面撞击时,有轨电车的最大脱轨系数达到1.63,超过标准GB5599—1985中规定的第一限度(1.2),具有较大的脱轨风险.此外,撞击后有轨电车的动态响应以及脱轨风险在很大程度上受到碰撞边界条件的影响.当汽车撞击有轨电车前后两端头车时,被撞击车辆承受的横向碰撞力仅能通过一侧的车间铰接结构向其他车辆进行传递,导致有轨电车脱轨系数较高.随着汽车质量和撞击速度的增加,碰撞力显著增加,有轨电车的脱轨系数也逐渐加大.当有轨电车撞击点与车体质心间距的逐渐加大,被撞击车辆除了承受剧烈的横向冲击还产生一定的摇头运动,加剧有轨电车碰撞后脱轨的风险.轮轨摩擦系数由于雨雪等天气因素降低时,一方面车辆所需要的制动距离明显增加,更容易造成碰撞事故的发生;另一方面钢轨对于车轮运动的抑制作用减弱,加大了有轨电车脱轨的风险.     

空气弹簧失效对高架胶轮驱动有轨电车小半径曲线通过性的影响

探讨空气弹簧失效对高架胶轮驱动有轨电车小半径曲线通过性的影响.建立高架有轨电车的动力学拓扑结构,运用多体动力学理论及动力学仿真软件,建立高架有轨电车及线路的仿真模型,并对不同空气弹簧失效工况下的车辆进行动力学性能仿真.仿真结果表明:当空气弹簧失效后,车辆的抗倾覆稳定性、抗脱轨稳定性变差,车体侧滚角变大,曲线通过性变差.     

考虑柔性轮对的车辆系统刚柔耦合动力学响应分析

为研究柔性轮对对高速列车动力学性能的影响，采用刚柔耦合动力学仿真方法，基于CRH380高速列车模型建立了柔性轮对结构条件下的车辆—轨道刚柔耦合动力学模型。分析了轮对柔性与全刚体结构条件下的车辆模型的安全性、轮轨动态相互作用及通过性指标。仿真结果表明，在车速300 km/h时，两模型在动力学指标上具有明显差异，主要表现在柔性轮对车辆模型轮轨垂向力幅值及轮重减载率幅值都低于全刚性体车辆模型，车辆振动加速度、脱轨系数及轮轴横向力波形结果差距较小。     

基于电磁增粘装置的列车曲线通过安全性研究

针对列车曲线通过安全性问题,设计了一种电磁增粘装置,通过增大轮轨间的垂向电磁吸力来增加轴重,从而改善列车曲线运行过程中的轮轨粘着关系,保障列车安全运行。在SIMPACK中建立CRH2型车动力学模型进行仿真分析,结果发现随着励磁电流的增加,列车曲线通过性明显改善。励磁电流的增大可以明显降低四个车轮的脱轨系数与轮轨垂向力和横向力,降低对钢轨的冲击力。在速度250～300 km·h~(-1)的高速运行工况情况下,装有电磁增粘装置的转向架对脱轨系数的改善效果明显,脱轨系数降低6%左右。     

曲线上货物列车超速引起的脱轨过程分析

针对货物列车在曲线上因超速引起的脱轨问题,根据列车-轨道系统空间振动计算模型及列车脱轨能量随机分析理论,采用轮轨位移衔接条件并考虑轮轨"游间"的影响,提出了货物列车超速条件下的脱轨过程计算方法.根据该方法,对不同曲线轨道形位等工况下的货物列车脱轨过程进行了计算,分析了列车脱轨过程中的轮轨接触状态、轮轨相对位置及几何尺寸.研究结果表明,随着曲线半径的增大,在列车脱轨瞬间,转向架摇头角及转向架与钢轨横向相对位移逐渐减小,最大值分别为5.82°和78.1 mm.该结果可为研发机械式的列车脱轨检测装置提供理论依据和基础数据,进而确保该检测装置能在列车脱轨掉道的第一时间检测到位,及时停车.     

轮轨型面对车辆曲线通过性及磨耗影响

对比初始与实测轮轨型面对上海地铁A型车的曲线通过性能的影响,并分析不同的轮轨型面匹配对轮轨磨耗、钢轨波浪形磨耗、接触疲劳的影响.结果表明4种不同的轮轨匹配下,车辆的曲线通过性能都能满足车辆动力学性能要求,但新车轮运行在已磨损的轨面上时,曲线通过性能略差,其轮轨横向力和脱轨系数偏高.初始轮轨匹配在过小半径曲线时其外轮轨具有较大的自旋功,且内外轮轨上高的纵向蠕滑率将导致车轮产生粘滑振动,易形成波磨,经过滚动接触疲劳分析,磨损后的车轮踏面易对小半径曲线外轨造成表面接触疲劳破坏.     

车辆-行人/自行车骑车人事故死亡风险和头部动力学响应对比研究

通过对深入调查的交通事故数据进行分析和仿真,对比了中国道路交通环境下行人与自行车骑车人死亡风险和头部动力学响应的差异.从中国不同地区深入交通事故调查采集的数据中选出能估算出车辆碰撞速度且具有详细伤情记录的438例行人和自行车事故作为原始样本,利用逻辑回归分析建立了车辆碰撞速度与行人及自行车骑车人死亡风险的逻辑回归模型,分析了两者的死亡风险的差异.分别选取21例行人事故和24例自行车事故利用MADYMO软件进行了事故重建,比较了行人与自行车骑车人头部动力学响应.结果表明,车辆碰撞速度与行人和自行车骑车人死亡风险显著相关,相同车辆碰撞速度下自行车骑车人死亡的风险略低于行人.此外,行人与自行车骑车人的头部碰撞条件如头部碰撞速度和碰撞角度等也存在明显差别.此结果可为设定更加合理的中国道路车辆限速和制定有利于自行车骑车人和行人头部保护的策略提供参考.     

轨道客运车辆山区小半径曲线通过性能分析

为了解决山区小半径曲线下车辆运行安全性低、平稳性差等问题,基于车辆轨道耦合动力学建立某型轨道客运车辆动力学模型;给出线路参数方程及车辆动力学方程,并对其进行仿真计算,分析曲线半径、缓和曲线长度、欠超高等山区工况曲线几何参数对轨道客运车辆通过性能的影响.研究结果表明:在一定范围内,轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等曲线通过性能指标均随着圆曲线半径、缓和曲线长度、欠超高的增大而有明显的降幅,车辆曲线通过性能增强,安全性和平稳性提高.     

独立旋转车轮踏面外形优化设计方法

车轮的踏面外形对有轨电车的动力学性能、轮轨接触疲劳特性以及轮轨磨耗有着重要影响。对于装有独立旋转车轮的车辆,轮轨接触角差曲线是一关键的动力学参数,它关系到轮对重力复原力的大小。重力复原力提供了独立轮对直线对中运行和曲线导向时所需要的导向力。为了改善有轨电车的动力学性能,提出了一种基于接触角差曲线为设计目标的车轮踏面外形设计方法,并开发了相应的计算机辅助设计程序。利用该程序对某型有轨电车采用的踏面外形Lma-30进行了优化,结果表明优化后的踏面外形具有良好的轮轨几何接触特性和动力学性能。