A型铝合金地铁车辆前端吸能结构设计
铝合金吸能盒的结构设计及耐撞性分析
10.16638/ki.1671-7988.2017.22.019铝合金吸能盒的结构设计及耐撞性分析于用军，郭永奇，李飞，王帅，黄小征（华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳110141）摘要：为提高整车的安全性能及轻量化水平，研究设计了一种铝合金材料的车用吸能盒。
应用显示有限元法对铝合金吸能盒与传统钢制吸能盒的轴向耐撞性能进行了仿真对比分析，结果表明：在相同的碰撞条件下，铝合金吸能盒的比吸能为23KJ/kg，是传统钢制吸能盒的2.9倍；铝合金吸能盒的质量为1.3kg，较传统吸能盒的质量降低了0.8kg。
结论：所设计的铝合金吸能盒较传统钢制吸能盒有着较好的轻量化水平及耐撞性能。
关键词：吸能盒；轻量化；耐撞性；吸能中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2017)22-55-03Structure Design and Crashworthiness Analysis of Aluminum AlloyEnergy-absorbing BoxYu Yongjun, Guo Yongqi, Li Fei, Wang Suai, Huang Xiaozheng( Brilliance automobile engineering research institute, Liaoning Shenyang 110141 )Abstract: In order to improve the safety performance and the level of light weight of the vehicle, the research designed a kind of aluminum alloy energy-absorbing box. The finite element method was used to simulate the axial crashworthiness of the aluminum alloy energy-absorbing box and traditional steel energy-absorbing box.The result showed that in the same collision conditions, the specific energy-absorption of the aluminum alloy energy-absorbing box was 23KJ/kg, which was 2.9 times of the traditional steel energy-absorbing box. The mass of the aluminum alloy energy-absorbing box was 1.3kg, which was 0.8kg lower than the traditional energy-absorbing box. Conclusion: The designed aluminum alloy energy-absorbing box has better lightweight level and crashworthiness than the traditional steel energy-absorbing box.Keywords: energy-absorbing box; lightweight; crashworthiness; energy-absorptionCLC NO.: TH16 Document Code: A Article ID:1671-7988(2017)22-55-03前言汽车的轻量化是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。
轨道车辆碰撞能量吸收装置原理及结构设计_续完_张振淼
1 018 1 400 1 150
480 960 1 000
725 1 150 960
将下侧梁分割为前段和后段两部分, 前段为引导部分, 当纵向力达到某一定值时, 连接结被剪断后, 它便滑入 略大一点的后段主下侧梁内。 与此同时, 车体发生折 曲。除了车体结构折曲吸收能量外, 还需借助专门设置 的能量吸收装置, 以控制其阻力为常数, 这里包括在底 架上安装铝质蜂窝板, 其下边开有一个小孔, 防爬心轴 由此穿过。底架后面部分同一般车的结构相同, 具有较 强抗冲击能力, 在一般碰撞情况下不会发生折曲。
列, 其中就有以下城市:
6 C itad is 300 型有轨电车的技术参数
(1) 都柏林市 (20 列, 14 列待定) , 车长 30 m , 不 同高度的低地板面、双向行驶有轨电车, 车辆限界为
技术参数如下:
2140 m , 单驾驶室, 带空调装置;
车辆全长 m
30
(2) 蒙彼利埃市 (28 列) , 车长 30 m , 不同高度低
切口, 使之向外折曲, 以减少入侵容纳司机的空间。 4. 1. 5 各构件的连接结
对各构件的结合点处的连接结, 要求在大的塑性 变形情况下, 保持其完整性。全部焊接连接结设计的均 由结点处较弱的构件承受该结点处的全部塑性弯矩, 这样在结构折曲时, 连接结可继续传递各构件之间必 要的弯矩和最终载荷。
( 3) 底架上焊有钢质的蜂窝板块, 斜撑和下侧梁 开有切口, 以控制其折曲方向和能量吸收。
文章编号: 100227610 (2001) 0420016204
轨道车辆碰撞能量吸收装置 原理及结构设计 ( 续完)
张振淼, 逄增祯
(同济大学 机车车辆系, 上海 200331)
A_型地铁列车碰撞吸能及配置研究
技术装备姜 杉1，李 茁2（1. 北京市地铁运营有限公司，北京 100044；2. 北京市轨道技术交通装备集团有限公司，北京 100071）第一作者：姜杉, 男, 高级工程师；通信作者：李茁, 男, 本科引用格式：姜杉, 李茁. A 型地铁列车碰撞吸能及配置研究[J]. 现代城市轨道交通, 2024(05): 71-76. JIANG Shan, LI Zhuo. Research on collision energy absorption and configuration of A-type metro[J]. Modern Urban Transit, 2024(05):71-76.DOI:10.20151/ki.1672-7533.2024.05.0121 引言根据GB 50157-2013 《地铁设计规范》，地铁列车根据车体尺寸、轴重等的不同可分为A 、B 2种车型。
A 型地铁列车载重量和自身重量更大、在同速度等级碰撞过程中需要缓冲吸收的撞击能量更多。
地铁列车车体按EN 12663-1-2014《轨道交通 铁路车辆车身的结构要求》摘 要：A 型车是地铁列车型号中宽度最大、载客量最大的车型，尤其适合人口密度高、客流量大的城市使用，因此A 型地铁列车的安全性对于大中型城市地铁安全运营至关重要，其中列车的碰撞吸能是列车安全性能指标之一。
文章首先基于用户对车钩的吸能需求及EN 15227-2020要求，提出钩缓装置与防爬器组合使用的A 型地铁列车碰撞吸能方案。
其次，对该吸能方案的设计思路、验证方法、吸能装置关键部件及其主要技术参数进行逐一介绍。
最后，确认该方案通过高弹性可恢复EFG 缓冲器、压溃单元、可拆卸式防爬器作为吸能组合，能在A 型地铁列车连挂、碰撞、救援等多工况中起到缓冲吸能的作用，不仅可以保护乘客安全和车体主结构不受损坏，还具有方便维护和替换的优点。
该研究可为后期地铁列车吸能方案的设计提供一定的参考与借鉴。
满足轨道车辆防撞性要求的轻型吸能器的设计与分析
掂枸 设计
文章编号 ： １ ０ ０ ２ — ７ ６ １ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ０ １ ５ － ０ ５
１ ５
满 足 轨 道 车 辆 防 撞 性 要 求 的 轻 型 吸 能 器 的 设 计 与 分 析
Ｃ． Ｏ’ Ｎｅ ｉ ｌ ｌ ， 等 （ 英）
摘 要 ： 介 绍 了一 种 轨 道 车 辆 轻 型 吸 能 器 的概 念 设 计 和 分 析 ， 该 吸 能 器 能 够 满 足 欧洲 防撞 性 标 准 规 定 的 平交道 Ｖ Ｉ （ 车 辆 与大 型可 变形 体 相 撞 ） 碰撞要求 。吸能器采用铝蜂窝结构 ， 经 过体 积 优 化 后 适 合 现 有 司 机 室 轮 廓， 可吸收高达 ７ ０ ０ ｋ Ｊ的 能量 ， 压溃段压缩力 为 １ ４ ０ ０ ｋ Ｎ。通 过 准 静 态 试 验 和静 态 分 析 了 解设 计 概 念 的 载 荷
Ｃ． Ｏ’ Ｎｅ ｉ ｌ ｌ ， ｅ ｔ ａ １ ．（ Ｕ． Ｋ． ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐ ｔ ｕ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ａ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｂ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｒ ａ ｉ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ
A型地铁铝合金车体结构设计
A型地铁铝合金车体结构设计【摘要】车体是车辆结构的主体，车体强度、刚度关系到车辆运行的可靠性和安全性。
合理选择车体的材料和车体结构是保证地铁“安全、可靠、快速、轻量、经济、适用”运营的重要因素之一。
【关键词】材料；参数；车体结构1.A型地铁铝合金车体材料选择车体承载结构主要采用铝合金大型中空挤压型材6005A-T6、7005-T6、6063-T5及板材5083-H111、6082-T6系列，铝合金大型中空挤压型材耐腐蚀性高、易于焊接、密度小，同时还有抗拉强度高、屈服强度高的优点，因此在国外A型地铁车辆中被广泛应用。
A型地铁所使用的铝合金的强度数据，满足欧洲标准EN755-2及德国标准DIN 1748要求，热处理满足DIN EN515或相应的欧洲或国际标准的规定。
2.主要技术参数所设计的车体为采用大型中空铝合金挤压型材A型地铁鼓形车体；头车车体的主要技术参数如下：1）车辆长度：23619mm；2）车辆定距：15700mm；3）车辆宽度：3000mm；4）车辆高度：3760mm；5）车钩中心线至轨面的高度：720mm。
中间车车体的主要技术参数如下：1）车辆长度：21885mm；2）车辆定距：15700mm；3）车辆宽度：3000mm；4）车辆高度：3760mm；5）车钩中心线至轨面的高度：720mm。
3.A型地铁铝合金车体承载形式3.1 车体总成如图1、2所示，车体外形为鼓型，这样能很好的降低空气阻力，减少能源的消耗。
车体采用通长大断面铝合金中空挤压型材全焊接或部分铆接结构，由底架、车顶、侧墙、端墙、司机室等部分组成，底架、侧墙、端墙及车顶均承受载荷，能够承受垂直、纵向、横向、扭转等载荷。
车体由纵向长尺寸的挤压铝合金型材制造，不需要对接。
车体结构基本要求是进行轻量化设计，整体承载结构，底架无中梁。
司机室为框架结构，外部由玻璃钢罩板包裹，前端的玻璃钢罩板符合空气动力学要求。
司机室端部结构设计能满足意外撞车时的能量吸收。
浅析地铁车辆吸能结构
AUTO TIME27FRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨时代汽车 浅析地铁车辆吸能结构寇丽君吉林铁道职业技术学院 吉林省吉林市 132200摘 要： 根据不同地铁车辆的结构，建立头车有限元模型，当发生碰撞，头车相对于车身更危险，对头车结构采用有限元模型，利用OptiStruct 软件对车端吸能结构吸能梁的分布进行研究。
对于车辆碰撞过程中理想四级吸能顺序进行参照，结合PAM-CRASH 碰撞仿真软件，用碰撞仿真软件进行验证四种吸能结构的吸能特性。
对于不同的吸能特性进行分析，从而达到优化地铁车辆的吸能结构的目的。
关键词：吸能结构 车钩 有限元模型 优化1 地铁车辆吸能结构的研究背景中国是一个国土面积十分辽阔的国度，在中国的土地上铁路发展的尤为迅速。
交通强国、铁路先行的口号也一直伴随着我们的铁路事业不断前进着。
地铁车辆的发展，可以说是推荐城市之中经济进步的重要因素。
地铁多建于地下，多条地铁线路的建设可以让城市的交通得到很大程度的提升。
特别是在私家车保有量逐渐增多的今天，城市地铁车辆的建设显得尤为的突出和重要。
城市人员流动大，地铁站内人流密集，所以更应该加强安全管理，避免发生碰撞事故，消除安全隐患。
地车车辆头车司机室相对于车身设计的比较短，当发生碰撞，没有特定的吸能区域来吸收、耗散碰撞能量。
由于地铁内部设计和高铁等不同，中间车辆没有卫生间、行李架等可以牺牲掉的薄弱区域来耗散能量，因此地铁车辆前端吸能结构的设计就显得尤为重要。
怎样使地铁车辆在碰撞过程中能够稳定的吸收更多的能量，减少财产损失，确保乘务人员的安全，减少不必要的伤害，就特别重要。
本文主要研究地铁车辆的吸能结构，车辆端部吸能装置设置有编组列车头车（Tc 车）采用全自动机械车钩。
如图1所示为地铁车辆四级吸能结构顺序理想的曲线模型图，通过对图1所示的吸能顺序，我们对地铁车辆进行优化研究其吸能结构的工作。
按照车钩缓冲装置建模、防爬器建模、拓扑结构分布研究三部分进行分析。
深圳地铁6号线工程车辆总体设计
深圳地铁6号线工程车辆总体设计摘要：介绍自主研制的100km/h速度等级铝合金A型鼓型地铁车辆，车辆正线采用DC 1500V第三轨受流，车辆段内采用DC 1500V受电弓受流，车辆采用无触点控制逻辑LCU系统。
内容包括总体技术性能、主要机械部件性能及主要电气系统的基本特点。
关键词：100km/h；铝合金A型地铁；鼓型车型；受电弓受流器双受流方式；LCU。
Overall design of Shenzhen Metro line 6 vehicleZhang kai Wei ruixia(CRRC NANJING PUZHEN CO., LTD., Jiangsu Nanjing 210031, china)Abstract: The document introduces a 100km/h aluminum alloy A-type metro vehicle which developed independently. The mainline of thevehicle adopts DC 1500V third rail to receive current, and the vehicle uses non-contact control logic LCU system. The content includes the overall technical performance, the performance of main mechanical components and the basic characteristics of the main electrical system.Key words: 100km/h; aluminum alloy A-type metro vehicle; drum-type vehicle; pantograph and third rail dual current receiving mode; LCU system.1、概述深圳地铁6号线一期及二期工程车辆是中车南京浦镇车辆有限公司在既有自主研发的全焊接A型地铁车辆基础上，为深圳市设计的100km/h速度等级的地铁车辆，本文对该项目的总体设计进行介绍。
地铁铝合金车体轻量化设计与结构设计
Technology Application技术应用DCW169数字通信世界2019.02铁道运输中，对车体的刚度有着很高的要求，现阶段车体材料采用铝合金。
这样不仅能保障车辆的强度，也符合轻量化设计的要求。
文章介绍一款轻量化设计的B 型铝合金鼓形车体，用有限元模型对设计的结构强度作出了分析。
1 铝合金车体的轻量化设计铝在地壳中的含量非常高，但强度较低，经过合金化后，强度会得到显著的提升。
同时相比于钢结构，铝的密度较低，因此铝合金在生产中得到了广泛的应用。
铝合金车体设计过程中要注意到车体的刚度问题，为了保障弯曲刚度，选取断面系数要是钢的3倍，设计中要充分考虑到铝合金的断面高和板厚度。
铝合金车体中各个零部件的连接中有焊接和铆接等结构。
其中，焊接的难度较大，操作起来较为复杂，容易产生较大的热应力[1]。
2 车体结构设计该轻量化车体设计中，是由底架、车顶、侧墙和司机室骨架等构成的，采用铝合金全焊接的结构。
设计中的长度是19300mm ，高度是3687mm ，最大宽度是2800mm ，门间距是4450mm ，车俩定距为12600mm ，车身自重为6.6吨[2]。
2.1 主体结构型材设计车体主体结构占总质量的80%，设计中采用了大断面中空型材，包括了车顶边梁、门立柱和底架地板等。
车体焊接使用MIG 焊，铝合金厚度的减小，会增加其焊接的难度。
在该设计中，为了保障焊接的安全程度，主体结构中保障了型材的厚度。
通常状况下，车顶边梁中用到大断面、厚度较大的筋板时，会造成车顶重量增大。
该设计中为了防止重量过大，对筋板的数量进行了科学的调控。
结构设计中对空调梁进行了单独设计，焊在长梁上，在一定程度上节省了材料。
侧墙板型材断面用三角形截面，内筋板2到3mm ，外壁为3到4mm ，保障了侧墙平面程度。
底架边梁内筋板厚度是3到4mm ，外闭厚度在5mm 左右，对底架的结构强度作出保障。
长地板中分布较多的U 形槽，增加长地板的设备悬挂能力[3]。
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A型铝合金地铁车辆前端吸能结构设计
摘要：A型铝合金地铁车辆车体底架前端结构在发生碰撞时需满足一定的碰撞吸
能特征。
本文介绍了一种适应于八节编组的A型铝合金地铁车辆车体前端吸能结构，通过优化设计及计算得到了满足A型铝合金地铁车辆碰撞吸能要求的前端吸
能结构。
关键词：吸能；开孔诱导；仿真分析
1、前言
城市轨道车辆在发生意外碰撞时，前端吸能结构对于保护乘客安全及车上
设备不受损坏具有重要意义。
设计中利用“碰撞响应的结构拓扑优化方法”，对头
车车体前端吸能区的结构布局完善，并重点对其主要吸能部件压溃吸能梁的开孔
诱导结构进行了优化设计计算，通过仿真计算得到了能够满足吸能要求的车体前
端吸能区的合理布局。
2、前端吸能结构设计
2.1 概述
城市轨道车辆前端吸能结构位于头车车体底架前端部位，在头车车体前端
结构中，前端吸能结构的设计空间有限，设计重点则是利用有限的空间得到满足
车体以25km/h的速度碰撞的安全结构。
2.2 前端吸能结构的构成及材料选用
前端吸能结构主要分两大部分：一为承载部分，由边梁、横梁及上盖板等
组成；二为吸能部分压溃吸能梁，吸能梁也起到一定的支撑作用。
2.3前端吸能结构组焊
前端吸能结构的焊缝质量等级按EN15085-3中的CPC2执行；焊缝认证等级按EN15085-2中的CL1执行；焊缝检验等级按EN15085-5中的CT3执行。
由于前端吸能结构的特殊性，其吸能梁与各横梁之间采用满焊，而骨架与
上盖板之间尽可能的采用段焊。
前端吸能结构与车体底架组焊时，将后端挡板与
铝地板组成前端焊接在一起，吸能梁尾部与牵引梁下盖板下平面焊在一起，这样
既可以在碰撞发生时保护铝地板及后部结构，又可以保证各部件之间的连接强度。
3、前端吸能区的优化设计计算
在优化设计中，设定头车车体以25km/h的速度碰撞刚性墙为计算求解工况进行仿真优化，重点关注优化设计变量变化到何种条件下时，能够满足设计对于
车体底架前端吸能结构的要求。
3.1优化后底架前端吸能区结构的碰撞响应
在整个碰撞仿真过程中，由于底架前端吸能区结构产生了塑性变形，使结
构的动能转化成了塑性内能，由图1可见，结构的动能曲线随着压缩的进行减小，内能随着压缩的进行增大。
图1 优化后整个碰撞仿真系统的能量变化曲线
由仿真得到，当车体以25km/h的初速度撞击固定的平面刚性墙体时，前端的吸能区结构在碰撞中被压溃，其在压溃过程中随压缩变形量L同步的塑性变形
显示如图2。
图2 优化后的底架吸能区结构在压溃过程中的仿真变形
在仿真显示中，在头车车体底架前端吸能区结构被压缩的过程里，压溃吸
能梁被渐进有序的压缩；在头车车体底架前端吸能区结构被压缩过程中，防爬板、防爬后横梁等结构只产生了弹性变形，没有发生塑性变形，压溃吸能梁处于绝对
性的完全压溃状态。
3.2 结构吸能的分析
当车体以25km/h的初速度撞击固定的平面刚性墙体时，头车车体底架前
端吸能结构被压缩，其中的防爬板、防爬后横梁等结构只产生了弹性变形，没有
发生塑性变形，压溃吸能梁、侧梁、支撑梁发生了塑性变形，而压溃吸能梁于绝
对性的完全压溃状态，吸收了绝大多数内能。
经整理计算结果，可以得到优化后的底架前端吸能结构所吸收的内能与压
缩距离的同步曲线，如图3中实线所示，优化后全部四根吸能梁结构所吸收的内
能与压缩距离的同步曲线，如图3。
图3优化后底架相关结构所吸收的内能与压缩距离关系曲线
4、结论
综上所述，车体底架前端吸能结构能够满足八节编组的A型铝合金地铁车
辆车体以25km/h的初速度撞击固定的平面刚性墙体时，头车车体前端吸能结构
的碰撞吸能设计要求。
参考文献
[1]《EN 12663-2010铁路设备铁路车辆车身的结构要求》
[2]《EN 15227-2011铁路车辆车体的防撞性要求》
[3]王勖成，邵敏.有限单元法基本原理与数值方法.北京：清华大学出版社，1988.。