一种列车等效缩模构建方法及列车等效缩模技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A Method for Constructing Equivalent Form Reduction of Train and Equivalent Form Reduction of Train

The invention discloses a construction method of equivalent reduction die for trains and equivalent reduction die for trains, which includes obtaining the proportional factors of equivalent reduction die for trains compared with the dynamic parameters of full-scale trains, dividing trains into headstock and intermediate trains according to the characteristics of deformation energy absorption during train collision, and dividing headstock into deformation energy absorption zone and non-deformation zone based on the ratio of dynamic parameters. The example factors are used to construct the head car and the middle car of the equivalent die reduction of the train respectively. According to the deformation and energy absorption characteristics of the coupler connecting the adjacent carriages on the full-scale train, the energy absorption guide parts between the adjacent carriages on the equivalent die reduction of the train are constructed. The length of the honeycomb aluminum cylinder is calculated based on the size scale factor; and the length of the honeycomb aluminum cylinder is calculated according to the structure size of the coupler and the curve of Section area of energy absorbing guide. The reduced die of the head car constructed by the invention can ensure that the impact force of the train is similar to the stiffness of the car body, accurately restore the collision process of the train, and has higher reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种列车等效缩模构建方法及列车等效缩模
本专利技术属于车辆
，具体涉及一种列车等效缩模构建方法及列车等效缩模。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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；S3：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；a：基于尺寸比例因子和质量比例因子将全尺寸列车中车钩缓冲器、司机室、非变形区以及各个中间车的特征尺寸和质量分别乘以对应的尺寸比例因子、质量比例因子得到列车等效缩模中车钩缓冲器、司机室、非变形区、各个中间车相匹配的特征尺寸和质量；其中，特征尺寸包括长、宽、高、厚度；b：将全尺寸列车的变形吸能特性曲线上横、纵坐标分别乘以相匹配的动力学参数的比例因子得到列车等效缩模的变形吸能特性曲线，再基于列车等效缩模的变形吸能特性曲线以及尺寸比例因子构建头车中的车钩压溃管和主吸能装置；其中，变形吸能特性曲线为压缩位移与撞击力的关系曲线，曲线包围的面积为吸能量；c：基于刚度比例因子将全尺寸列车中非变形区以及各个中间车的刚度乘以刚度比例因子得到列车等效缩模中相对应非变形区、中间车的刚度；再在列车等效缩的非变形区、各个中间车上排布加强筋直至分别达到对应刚度；S4：依据全尺寸列车上相邻车厢间的连接车钩的结构尺寸以及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；所述吸能导向件连接列车等效缩模上相邻的两个车厢，所述吸能导向件包括吸能件以及导向杆，所述吸能件中部开通孔，所述导向杆贯穿吸能件中部通孔且导向杆两端分别固定在相邻的两节车厢上。本专利技术根据列车结构特点以及碰撞过程中的变化，即存在变形吸能区和非变形区、中间车以及变形吸能区中分为车钩缓冲器、车钩压溃管、主吸能装置、司机室四个阶段的变形，因此本专利技术将列车分为头车和中间车，头车又划分为变形吸能区和非变形区，针对变形吸能区的吸能特性采用撞击力等效缩比，即针对车钩压溃管和主吸能装置采用吸能特性曲线来设计相关尺寸，这是基于变形吸能区的主要功能是通过塑性变形来吸收碰撞能量，要求撞击力平稳以实现有序变形，因此采用撞击力等效；针对非变形区和中间车的承载特性采用刚度等效缩比，这是基于非变形区和中间车主要功能是承载，其要求刚度高以实现碰撞过程中不发生变形，因此采用刚度等效，本专利技术通过列车各部分的实际需求与应用，分区进行设计，建立的列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。尤其是，本专利技术设计了一种吸能导向件，其包括吸能件以及导向杆，基于车体在碰撞过程中，会有横向和垂向的偏移，而实际列车的车钩具有防偏特性，本专利技术的导向杆两端分别固定在相邻的车厢上，在车体碰撞过程中，能有效抑制车体的横向和垂向偏移，同样具有防偏特性，更接近实际列车的车钩结构，使得在碰撞过程中车体尽量沿着长度方向运动，在车体运动方面上起到了车钩相同的导向作用。具体的，本专利技术针对变形吸能区中的车钩缓冲器、车钩压溃管、主吸能装置、司机室分别进行了设计，使头车缩模中各个部分的内部结构与实际列车内部结构更加贴合。进一步优选，所述连接车钩中吸能部件包括连接缓冲器和连接压溃管，所述吸能导向杆中吸能件包括连接缓冲器模拟件、连接压溃管模拟件；所述连接缓冲器模拟件和连接压溃管模拟件的构建过程如下：将全尺寸列车中连接缓冲器的特征尺寸乘以尺寸比例因子得到列车等效缩模中连接缓冲器模拟件的特征尺寸；将全尺寸列车中连接压溃管的变形吸能特性曲线的横、纵坐标分别乘以相匹配的动力学参数的比例因子得到吸能导向件中连接压溃管模拟件的变形吸能特性曲线，并获取连接压溃管模拟件的撞击力；再根据连接压溃管模拟件的撞击力计算出连接压溃管模拟件的截面面积；其中，撞击力等于元件强度与截面面积的乘积；以及将全尺寸列车中连接压溃管的长度乘以尺寸比例因子得到列车等效缩模中连接压溃管模拟件的长度。所述连接缓冲器模拟件为橡胶模拟件，所述连接压溃管模拟件为蜂窝铝模拟件，所述连接缓冲器模拟件和连接压溃管模拟件均为圆柱体状。基于撞击力等效缩比来设计吸能件中连接压溃管模拟件的截面尺寸，以保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种列车等效缩模构建方法，其特征在于：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；S3：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；a：基于尺寸比例因子和质量比例因子将全尺寸列车中车钩缓冲器、司机室、非变形区以及各个中间车的特征尺寸和质量分别乘以对应的尺寸比例因子、质量比例因子得到列车等效缩模中车钩缓冲器、司机室、非变形区、各个中间车相匹配的特征尺寸和质量；其中，特征尺寸包括长、宽、高、厚度；b：将全尺寸列车的变形吸能特性曲线上横、纵坐标分别乘以相匹配的动力学参数的比例因子得到列车等效缩模的变形吸能特性曲线，再基于列车等效缩模的变形吸能特性曲线以及尺寸比例因子构建头车中的车钩压溃管和主吸能装置；其中，变形吸能特性曲线为压缩位移与撞击力的关系曲线，曲线包围的面积为吸能量；c：基于刚度比例因子将全尺寸列车中非变形区以及各个中间车的刚度乘以刚度比例因子得到列车等效缩模中相对应非变形区、中间车的刚度；再在列车等效缩的非变形区、各个中间车上排布加强筋直至分别达到对应刚度；S4：依据全尺寸列车上相邻车厢间的连接车钩的结构尺寸以及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；所述吸能导向件连接列车等效缩模上相邻的两个车厢，所述吸能导向件包括吸能件以及导向杆，所述吸能件中部开通孔，所述导向杆贯穿吸能件中部通孔且导向杆两端分别固定在相邻的两节车厢上。...

【技术特征摘要】
1.一种列车等效缩模构建方法，其特征在于：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；S3：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；a：基于尺寸比例因子和质量比例因子将全尺寸列车中车钩缓冲器、司机室、非变形区以及各个中间车的特征尺寸和质量分别乘以对应的尺寸比例因子、质量比例因子得到列车等效缩模中车钩缓冲器、司机室、非变形区、各个中间车相匹配的特征尺寸和质量；其中，特征尺寸包括长、宽、高、厚度；b：将全尺寸列车的变形吸能特性曲线上横、纵坐标分别乘以相匹配的动力学参数的比例因子得到列车等效缩模的变形吸能特性曲线，再基于列车等效缩模的变形吸能特性曲线以及尺寸比例因子构建头车中的车钩压溃管和主吸能装置；其中，变形吸能特性曲线为压缩位移与撞击力的关系曲线，曲线包围的面积为吸能量；c：基于刚度比例因子将全尺寸列车中非变形区以及各个中间车的刚度乘以刚度比例因子得到列车等效缩模中相对应非变形区、中间车的刚度；再在列车等效缩的非变形区、各个中间车上排布加强筋直至分别达到对应刚度；S4：依据全尺寸列车上相邻车厢间的连接车钩的结构尺寸以及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；所述吸能导向件连接列车等效缩模上相邻的两个车厢，所述吸能导向件包括吸能件以及导向杆，所述吸能件中部开通孔，所述导向杆贯穿吸能件中部通孔且导向杆两端分别固定在相邻的两节车厢上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述连接车钩中吸能部件包括连接缓冲器和连接压溃管，所述吸能导向杆中吸能件包括连接缓冲器模拟件、连接压溃管模拟件；所述连接缓冲器模拟件和连接压溃管模拟件的构建过程如下：将全尺寸列车中连接缓冲器的特征尺寸乘以尺寸比例因子得到列车等效缩模中连接缓冲器模拟件的特征尺寸；将全尺寸列车中连接压溃管的变形吸能特性曲线的横、纵坐标分别乘以相匹配的动力学参数的比例因子得到吸能导向件中连接压溃管模拟件的变形吸能特性曲线，并获取连接压溃管模拟件的撞击力；再根据连接压溃管模拟件的撞击力计算出连接压溃管模拟件的截面面积；其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚曙光，闫凯波，陆思思，许平，黄启，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43