国内外轨道列车碰撞的研究方法与进展
列车碰撞防护系统设计及展望的探讨
列车碰撞防护系统设计及展望的探讨在我国轮轨交通领域，中国列车运行控制系统CTCS（Chinese Train Control System）保障列车运行安全并提高运营效率。
其作用机理为通过轨旁和车载设备共同作用控制列车运行：线路所有列车运行状态信息通过无线传输设备传递给轨旁列车控制中心，列控中心根据车辆运行状态及目的地信息等向列车传送移动授权，从而控制列车自动运行。
由CTCS列控原理可知，列控中心是实现列车自动控制的关键，一旦列控中心故障或其与列车的通信中断，将导致列车降级运行，甚至在最坏的情况下（降级转换也发生故障）会导致运行安全事故。
发生在2011年的两次列车运行事故：“7.23”甬温线特大动车追尾事故与“9.27”上海地铁十号线列车追尾事故已给我国信号控制人员敲响了警钟。
我国的CTCS列控技术源于欧洲的ETCS（欧洲列车运行控制系统）。
而据国际铁路联盟数据统计，在欧洲平均每天有三起重大轨道交通事故发生，其中绝大多数的灾难性事故都是由碰撞引起：列车运行控制过度依赖于地面列控制中心同样是欧洲列控系统的设计薄弱环节。
因此，研究独立于目前列车运行控制系统的碰撞防护技术对进一步保障列车运行安全是非常必要的。
1 列车碰撞防护系统研究现状国外对列车碰撞防护方面的研究较晚。
2007年德国宇航局交通研究项目组开始了对RCAS（列车碰撞防护系统）的研究，开发了列车与列车之间的通信系统，提出了基于此系统的碰撞检测方法，并于2008年10月向公众展示了RCAS 模型。
但其对该系统的研究也仅仅停留在理论阶段。
而我国对列车碰撞防护方面的研究近乎为零。
结合我国CTCS列车控制系统制式及实际应用情况，笔者提出了适合于我国轨道交通领域的列车碰撞防护系统架构，并对碰撞检测机制进行了说明。
2列车碰撞防护系统原理及架构为实现碰撞防护，列车碰撞防护系统应由以下子系统构成：（1）定位子系统：可通过卫星、速度传感器、车载雷达、电涡流传感器等多种组合方式，精确获知列车在线路上的位置。
轨道车辆耐碰撞性研究进展_雷成
第３５卷第１期铁 道 学 报Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．１２ ０ １ ３年１月ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＡ ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＯＣＩＥＴＹ Ｊａｎｕａｒｙ ２０１３文章编号：１００１－８３６０（２０１３）０１－００３１－１０轨道车辆耐碰撞性研究进展雷 成１，２， 肖守讷１， 罗世辉１， 张志新３（１．西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 ６１００３１；２．郑州铁路职业技术学院车辆工程学院，河南郑州 ４５００５２；３．南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司齿轮传动事业部，江苏常州 ２１３０１１）摘 要：对轨道车辆耐碰撞性研究的国内外最新进展进行综述，并对列车碰撞研究的主要方法及存在的问题、耐撞性车辆设计及评价标准进行论述。
研究表明：我国在轨道车辆耐碰撞安全性技术研究方面与国外存在较大的差距，应在列车碰撞响应与车体结构安全性关系、列车碰撞试验标准和试验设备、列车碰撞后脱轨机理等方面进行深入的研究，并亟待制定符合我国国情的列车碰撞安全性标准。
关键词：轨道车辆；耐碰撞性；发展方向中图分类号：Ｕ２７０．２ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８３６０．２０１３．０１．００５Ｓｔａｔｅ－ｏｆ－ｔｈｅ－ａｒｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｒａｉｌ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ＣｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓＬＥＩ Ｃｈｅｎｇ１，２， ＸＩＡＯ Ｓｈｏｕ－ｎｅ１， ＬＵＯ Ｓｈｉ－ｈｕｉ １， ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ－ｘｉｎ３（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｒａｉｌｗａｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５２，Ｃｈｉｎａ；３．Ｇｅａｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＣＳＲ Ｑｉｓｈｕｙａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３０１１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔａｔｅ－ｏｆ－ｔｈｅ－ａｒｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｆ ｒａｉｌ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｒａｉｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｖａｌ－ｕａｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｏｆ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｗｅｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｅｘｉｓｔｓ ａ ｂｉｇ ｇａｐｂｅｔｗｅｅｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｉｎ ｒａｉｌ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｓａｆｅｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｎ－ｄｅｐｔｈ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｒｅｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｉｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ａｎｄｃａｒ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓａｆｅｔｙ，ｔｒａｉｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｒａｉｎ ｄｅｒａｉｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｆｔｅｒｔｒａｉｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ ｉｎ ｌｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｉｌ ｖｅｈｉｃｌｅｓ；ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ 随着轨道交通广泛采用诊断、监测、通信、失效保护制动、现代化的列车控制系统等主动安全防护系统，发生重大交通事故的可能性越来越小。
轨道交通列车碰撞防护技术研究
轨道交通列车碰撞防护技术研究轨道交通列车碰撞防护技术研究近年来，随着城市发展和人口增长，轨道交通的重要性也逐渐凸显出来。
然而，随之而来的安全问题也不容忽视，特别是列车碰撞事故。
为了维护乘客和工作人员的生命安全，保障轨道交通系统的稳定运行，各国科研机构和企业纷纷加大对轨道交通列车碰撞防护技术的研究力度。
首先，轨道交通列车碰撞主要分为列车间碰撞和列车与障碍物碰撞。
列车间碰撞包括同行碰撞和追尾碰撞。
同行碰撞是指两列车在同一条轨道上发生正面相撞的情况。
追尾碰撞则是指后一列车在前一列车停车或减速时，由于反应时间不足而无法及时停下，从而撞上前车。
而列车与障碍物碰撞主要包括与道岔、信号灯柱、护栏等障碍物相撞。
为了防止列车间碰撞，轨道交通系统中普遍采用了自动列车控制（Automatic Train Control，ATC）系统。
ATC系统通过在轨道上安装传感器和通信设备，实时监测列车的位置、速度等信息，同时进行列车之间的通信，确保列车安全运行。
当列车在运行过程中出现危险情况时，ATC系统会自动发送紧急制动指令，确保列车能够及时停下。
此外，一些先进的ATC系统还可以通过预测分析列车运行状况，提前进行调度和管控，进一步提高列车碰撞的防护能力。
而在列车与障碍物碰撞方面，由于道路状况的多样性，很难采用统一的解决方案。
一般来说，轨道交通系统会在关键位置设置保护装置，如道岔附近设置护栏，信号灯柱设置防撞装置等。
同时，还会对障碍物本身进行加固或设置防护罩，以减轻碰撞带来的损坏。
进一步地，现代科技的不断发展和创新为轨道交通列车碰撞防护技术提供了更多可能性。
例如，利用超声波、红外线、激光等传感技术对列车与障碍物的距离和位置进行精确测量，从而实现实时预警和自动避障。
此外，利用高强度材料、减震装置等技术的应用，可以进一步提高列车在碰撞中的抗冲击能力。
另外，列车碰撞防护技术的研究也离不开模拟实验和现场测试。
通过模拟车辆与障碍物的碰撞过程，可以评估车辆在碰撞中的受力情况、材料的破裂性能等，为防护技术的设计和改进提供数据支持。
列车撞击简介
撞击介绍1、国外列车耐碰撞性研究状况欧洲铁路近20年来一直在不断地研究列车被动安全防护技术，包括结构设计准则、能量吸收部件的开发、车辆结构碰撞结果的力学分析、能量吸收部件的材料试验、吸能结构的部件吸能试验以及整车碰撞试验等等。
欧洲铁路在耐碰撞列车的前端结构中，不仅将车钩缓冲器、防爬器和能量吸收管集成一体，还使列车前端底架参与吸收碰撞能量，并在侧墙和端墙中设臵铝制蜂窝板，使之也能吸收碰撞能量。
另外，通过在斜撑和下侧梁开切口来控制底架塑性变形的初始屈服应力和折曲方向。
英国于20世纪80年代后期开始起步，对铁路列车碰撞进行了研究：1985年发表了第一篇论文，介绍了关于事故严重性的最初研究，提出了进一步减缓碰撞和能量吸收的概念；在后续的研究中提出了车体的耐碰撞性结构设计和以可控制的方式吸收碰撞能量，并进行了实物碰撞实验，其中包括在试验台上进行的对车体端部静态冲击试验和两辆全尺寸列车的正面碰撞试验。
20世界90年代，英国铁路管理委员会成立专门从事列车碰撞问题的研究机构。
对铁道车辆结构耐碰撞性和吸能元件进行较深入的理论分析、计算机仿真和试验研究。
1992年到1995年间采用LS-DYNA3D软件对各种钢质、铝制结构的大变形、非线性压溃形式进行了研究，其研究范围从简单圆管、各种组合结构到完整的车辆端部结构，同时英国还进行了列车碰撞时车辆爬车的试验研究。
法国铁路研究部门采用“Pam-crash”软件进行了列车碰撞模拟，按照车辆结构耐碰撞性要求，将拖车两端部设计为可变形的压溃吸能区，并在超级计算机上对TGV DuPlex车体结构进行了优化。
其中法国阿尔斯通公司在1993年把耐碰撞设计理念引入“欧洲夜间列车”项目以后，提供了比英国铁路组织标准要求更严的车辆。
法国在TGV 双层高速列车上为动车和尾部拖车设计了依次可承受8MJ和6MJ以上的碰撞能量的可碰撞结构，车辆之间设计安装了防爬装臵。
法国国营铁路(SNCF)对被动安全碰撞进行了大量的研究，阐明了被动安全碰撞的基本原理，详细阐述了碰撞的物理现象。
列车撞击论文
Crashworthiness of the Train and the Status Quo of Research and the Methods
（ ）
Abstract: This paper introduces the fundamental theory of train crashworthiness through a brief introduction to the concept，process and control, and makes a exposition of the concrete measures for passive protection from the resistance and energy absorption angles. In addition， based on the current study situation at both home and abroad， the research methods of train crashworthiness are discussed, and the train crash simulation dynamic model test device is studied. Keywords: Train crashworthiness Research status Research methods
1
列车耐碰撞性理论
机车车辆碰撞事故包括列车与列车的碰撞， 列车与轨道上障碍物的碰撞， 以及车辆脱轨
后与靠近轨道的建筑物碰撞。 在所有碰撞事故中最严重的是列车与列车碰撞。 由于包含了大 的车组质量， 在碰撞瞬间列车所携带的巨大动能将在极短的时间内(约几百毫秒)以其它形式 的能量耗散，这种碰撞会产生很大的冲击力和减速度，即使在中等的冲击速度下，也常常会 造成列车巨大的结构破坏，并导致司乘人员的伤亡。近20年来，许多国家在铁路机车车辆、 城市轨道车辆(地铁、 轻轨列车)的结构设计中针对被动防护技术进行了列车耐碰撞技术的研 究。所谓列车耐碰撞性是指在碰撞过程中，列车结构的承载能力、变形形式以及列车结构自 身吸收撞击动能的能力等方面的综合特性。 列车的耐碰撞性并不是要求列车结构在承受撞击 后毫无损伤， 而是要求列车在一定的撞击速度下， 列车结构次要部位能按照人的意志有序地 发生变形， 在吸收较多的撞击动能的同时能有效地降低撞击速度， 车体结构载人部位能较多 为司乘人员和客室内的乘客提供生存空间，从而减轻碰撞给人带来的伤害。根据碰撞缓冲、 吸能和人体的损伤机理可知,机车车辆需要具备以下耐碰撞特性： (1) 要保证司乘人员足够的生存空间，即保证司机室和乘客区不发生过大的碰撞变形。 (2) 除司机室和乘客区以外的车体结构部分(主要为机车车辆前后的端部结构或车外附 加的能量吸收装置)应尽可能地变形缓冲，以合理地吸收撞击能量，使得作用于乘客身上的 加速度值不超过人体的耐受极限。 1.1 列车碰撞过程和控制 为了最大程度地保护旅客和乘务人员在列车发生碰撞时的安全,最重要的一点就是要控 制住列车碰撞的全过程， 让整个碰撞过程按人们预先所设想好的顺序一步一步地进行， 使碰 撞所造成的破坏局限在车辆两端很小的范围里。 例如,列车在发生撞击事故时,车辆的碰撞顺 序和过程可以分解为以下几个阶段： (1)车钩自动联结(图 1(a))：列车相撞时，首先要保证两列车的车钩能自动联结，确保 车钩后部的缓冲器能够有效地吸收碰撞能量。 车钩固定在车底架上， 具有一定的晃动自由度。 列车在运行的过程中，车体也有 6 个自由度。所以在选择和校核车钩连接器时，一定要确保 在所有可能的位置上两列车的车钩都能自动联结。 (2)车钩缓冲装置压缩和吸收能量(图 1(b))：当相互碰撞的两列车的车钩联结之后，车 钩后部的缓冲器开始受到压缩，吸收碰撞能量。缓冲器形式多样，缓冲器的选择取决于对能 量吸收的要求。如果要求两列车在相对速度低于 210m/s 相撞时所有冲击能量都要被缓冲器 吸收，可以考虑选用橡胶垫式缓冲器，该缓冲器结构简单，性能可靠，价格便宜。如果要求 两列车在相对速度低于 410m/s 相撞时所有冲击能量都要被缓冲器吸收，那就要采用液压油 缸式缓冲器，该缓冲器吸收的能量大，但价格昂贵。 (3)安全剪切装置脱卸，车钩缓冲装置与车体分离：为了保护车体(包括底架)，当缓冲 装置受力超过一定数值时，车钩缓冲装置与车底架连在一起的安全剪切装置就会开始脱卸， 使得车钩缓冲装置与车底架脱离。 (4)两列车自由移动，调整位置(图 1(c))：车钩缓冲装置与车底架脱离的瞬间，两列车 之间还应留有一段自由间隙，以便于列车在经过这段间隙时，调整列车在轨道上的位置，为 下一步防爬器的咬合做准备。应当指出，自由间隙的设定是非常重要的。 (5)两列车第二次相撞，防爬器咬合(图 1(d))：随着两列车的相对运动，自由间隙逐渐 变小并消失，防爬器咬合，两列车第二次相撞。防爬器的作用就是防止一节车爬到另一节车 的上面而以强度很大的车底架撞击另一节车车端的腰部。 防爬器的咬合， 确保了列车的面对 面的碰撞，进而保证了吸能结构对碰撞能量的吸收。 (6)车体端部结构变形，吸收碰撞能量(图 1(e))：车体端部结构是吸收碰撞能量的关键 部位，绝大部分的碰撞能量都是由它来吸收的。车体端部结构要设计得比车厢部分弱，这样 一来，一旦发生碰撞，首先变形的是车体端部结构，车厢内的旅客因而会得到保护。其次， 车体端部结构的设计要确保在结构变形过程中能满足能量吸收的要求。
列车碰撞研究综述
列车碰撞研究综述124212044 交通运输工程（运输方向）田智1、绪论我国地域广阔，人口众多，铁路运输以其运载量大、运行速度较高、运输成本较低的特点承担着国家的主要客、货运输任务。
我国现有铁路7万多公里，在过去的八年中主要铁路干线连续实现了五次大提速二干线旅客列一车时速己达到 160km/h，随着国民经济的持续高速发展，铁路运输也必将快速发展。
随着列车速度的不断提高，在提高列车舒适性、便捷性的同时，列车的安全防御系统也发展到了一个前所未有的高度，发生列车碰撞事故的概率也越来越小。
然而，铁路系统是极其复杂的，需要多方面的协调合作才能保证其正常运转，技术缺陷、设备故障、网络故障、操作失误以及自然环境的突然变化等等不可抗因素都可以导致列车碰撞事故的发生，因此列车的碰撞事故又是不可完全杜绝的。
旅客列车载客量大，一旦发生碰撞事故，不但会给人民群众带来生命和财产的巨大损失，而且会打击人们对铁路安全性的信心从而为铁路建设蒙上阴影。
近年来不断发生的铁路碰撞事故给人们留下了惨痛的教训，仅2010年1月2012年3月的两年多时间里，世界范围内就发生数十起列车碰撞事故，无论是印度、中国等发展中国家，还是日木、德国、阿根廷等发达国家都未能幸免，其中不乏重特大碰撞事故[1]。
因此，在积极主动地采取合理手段尽最大可能避免列车碰撞事故的同时，研究在碰撞事故发生时列车自身结构特性及司乘人员的安全性，开发一种在碰撞事故发生时车体结构耐碰撞且可以给司乘人员提供保护的铁路车体结构也显得尤为重要。
2、国内外研究现状2.1、国外研究现状国际上，为了减少汽车碰撞事故造成的生命和财产损失，被动安全技术最早应用于汽车行业，20世纪60年代才被引入到轨道交通领域。
不过，对机车车辆碰撞的真正深入研究始于20世纪80年代中后期[2]，从此，英、法、德、美等发达国家相继对列车碰撞进行了大规模、长时间的研究。
英国在 19 世纪 80 年代就开展了列车车体耐撞性研究。
列车碰撞安全性分析
列车碰撞安全性分析列车碰撞安全性分析在铁路交通中，列车碰撞是一种最为严重的事故。
列车碰撞可以造成严重的生命及财产损失，对社会和公众产生负面影响。
因此，保障列车运行安全，尤其是避免列车碰撞事故的发生，成为铁路交通管理部门必须关注的一项重要任务。
本文将对列车碰撞的安全性进行分析，并探讨如何从多个方面减少列车碰撞事故的发生。
一、列车碰撞的危害列车碰撞是指两辆或多辆列车在铁路上相撞碰，并造成人员伤亡和物质损失。
列车碰撞事件的危害主要体现在以下几个方面：1. 人员伤亡列车碰撞通常对乘客和车内工作人员造成重大的伤害，甚至能够导致他们的死亡。
一般人员伤亡情况将由综合性交通安全医学研究所进行详细的分析报告，通过报告了解事件中的伤亡情况。
2. 财产损失列车碰撞造成的财产损失不仅包括车辆受损，还有对固定资产的损害，如电缆、铁路轨道等。
3. 停运影响列车碰撞导致的车辆及设施损害需要进行修复和维护，导致该地区铁路停运，影响该地区的交通运输和通信。
二、列车碰撞的原因导致列车碰撞的原因有很多，通常是由多个因素综合影响产生的。
从技术原因、管理因素、人为因素三个方面分析导致列车碰撞的原因。
1. 技术原因列车碰撞通常是由列车技术问题引起的，比如机车制动不好或制动故障、信号设备故障、铁路道路桥梁损坏等。
2. 管理因素列车碰撞的发生也可能跟管理方面的问题有关，如运营管理、调度管理、安全管理、维修保养等方面出现问题。
3. 人为因素列车碰撞还可能是人为因素引起的，如司机操纵不当、车站工作人员操作不当、旅客违禁行为等。
三、减少列车碰撞的措施为了降低列车碰撞事故的频率，需要采取有效的措施。
以下是一些减少列车碰撞的措施：1. 强化技术维护强化列车以及铁路设备的维护及检修，定期对信号设备等作出全面的检验。
2. 加强安全培训列车公司应加强培训，定期开展安全培训。
司机应接受紧急情况的驾驶培训，工作人员接受专业技能培训。
3. 安全监管加强相关部门对运营管理和维护保养进行监管，客观、公正地对铁路交通进行评估。
关于中目黑站内列车脱轨相撞事故的调查报告_续二_陈海
文章编号:1002-7610(2002)06-0019-10关于中目黑站内列车脱轨相撞事故的调查报告(续二)中图分类号:U270 文献标识码:B2.8 模拟分析的结果在模拟分析中,将脱轨车辆和线路分成多个模型,区分开各自的变量分别设置,通过分析,评价各种因素对脱轨的影响。
在短时间内的运行试验中,改变车辆弹簧特性、质量特性和车轮轮缘角度等变量,来研究对脱轨的影响效果和安全对策。
本节的模拟是在采用时域模拟(2.8.1节)和利用轮重横向力推理方式模拟(2.8.2节)2种方式进行研究的。
轮重横向力推理方式是以理论和实际数据为基础的曲线外轨侧轮重和横向力的推理方式。
时域模拟是以因车辆参数和线路条件的差异对运行特性的影响评价为目的而实施的,在车辆和轨道条件的差异对脱轨影响的分析时,在短时间内计算评价的方法可用于轮重横向力推测公式上。
收稿日期:2001-11-082.8.1 时域模拟模型的概况及分析结果2.8.1.1 模拟模型(1)车辆模型以各弹簧、减振器的参数为基础建立了车辆模型(图36),其主要特征如下。
¹车体重心距前后转向架中心点后方(驾驶室侧)偏0.6m处;º空气弹簧装置是考虑了高度调整阀和差压阀的空气弹簧模型;»考虑了叠板簧牵引装置的摇头回转刚度(转向架相对于车体绕Z轴回转时的阻力)。
(2)轮轨接触模型用于模拟的车轮和钢轨形状有以下2个方案。
轮轨间的作用力是以kalker的非线性简化理论(考虑在接触面上有三维滑动时的切向力饱和特性)为基础计2 “智能”轴承配备测量温度及振动等性能参数的内部传感器的轴承已问世多年,但其在货车上的适用性还局限于少数试验场合。
这主要是因为道旁故障检测系统已能提供远比车上系统合算的选择方案。
此状况能否改变取决于铁路公司能否和何时能使电控空气(ECP)制动技术标准化。
Br enco和Timken(后者的智能轴承尚在开发之中)两家公司均已从事该领域的开发。
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国内外轨道列车碰撞的研究方法与进展摘要：随着现代化科学技术的飞速发展和旅客交通运输方面市场竞争的日趋激烈, 铁路列车高速化已成为必然趋势，同时人们对列车安全性的要求越来越高。
但高速列车在运行过程中,一旦发生撞车事故,如何保证旅客的人身安全及财产免遭重大损失,成为设计者必须解决的重要课题。
因此，世界各国均对列车碰撞安全性作出了强制性要求，促使人们采用各种手段提高列车的碰撞安全性。
同时，只有了解了国内外列车碰撞研究的现状、研究方法和进展，才能做出更好的改进。
关键词：轨道交通高速碰撞安全性研究方法Domestic and International Research Methods and Progress ofRail Train CollisionAbstract：With the rapid development of modern technology and more intense competition of the passenger transportation market, high-speed train has become an inevitable trend, while the demand for security of people is increasing. However, during the running, how to ensure the safety of passengers and property from major damage once in a crash has become an important issue. Therefore, countries around the world have all made a mandatory requirement for crash safety of the train, prompting people to use various means to improve the safety of the train collision. Meanwhile, only by studying the research methods and progress of train collision at home and abroad can we make better improvements.Key words：Track traffic High speed Collision Security Research methodO 引言铁路运输承担着主要的客、货运输任务，运行安全性是其最重要的要求，而碰撞事故会引起车辆结构的严重破坏和大量的人员伤亡。
因此，在国外，对列车碰撞问题正越来越受到人们的关注，各国学者从多方面对车辆碰撞问题进行研究，而我国对铁路车辆碰撞问题的研究刚刚开始。
铁路运输与高速公路、航空相比有它独特的碰撞问题。
由于重量大导致产生很大的碰撞能量需要被吸收，如果在碰撞中发生窜车，被吸收掉的能量就大大减少，导致车辆结构的更大破坏和人员的更大伤亡。
此外，在碰撞过程中持久的横向稳定性也对车辆纵向压缩性和可控的运动稳定性有很大的关系。
计算机辅助工程工具能够对铁路车辆碰撞性进行精确的模拟，可以使相对昂贵的碰撞试验成本降至最小，而且这种计算机数值模拟还可以增加碰撞试验的有效性，所以，在列车初始设计时，就利用有限元仿真来估计零件的碰撞行为，这已成为一个行之有效的方法并得到不断完善。
其中比较常用的一种是利用金属材料受力时产生的塑性变形能(塑性功)来吸收列车的冲击动能。
车辆在受到撞击时,主要是端部底架结构的大变形来缓和冲击和吸收冲击动能,因此端部底架结构上的薄壁梁结构的吸能特性和变形模式,将决定着车体在撞击时的响应。
对于吸能部件的研究,在国内外同类研究报道中很多,他们通过各种典型结构件的计算和试验研究,积累了大量的碰撞计算模式和相应的计算参数。
通过对照计算结果和实验数据，总结出性能良好的碰撞能量吸收装置, 应具备以下基本要求:(1)能使动能的耗散以一有序、有控制的方式进行；(2)能量吸收装置应有足够大的变形行程；(3)能量吸收装置性能可靠。
1 列车碰撞的种类列车碰撞事故包括列车与列车的碰撞，列车与轨道上障碍物的碰撞。
列车与列车的碰撞包括同一轨道上同类型或不同类型的列车之间的头部正面、追尾碰撞，不同轨道上(通常指道岔处)同类型或不同类型的列车之间的侧面碰撞；列车与轨道上障碍物的碰撞包括列车与轨道上的石块、汽车、养路设备等的碰撞。
在所有碰撞事故中最严重的是列车与列车碰撞。
由于包含了大的车组质量，在碰撞瞬间列车所携带的巨大动能将在极短的时间内(约几百毫秒)以其它形式的能量耗散，这种碰撞会产生很大的冲击力和减速度，即使在中等的冲击速度下，也常常会造成列车巨大的结构破坏，并导致司乘人员的伤亡。
2 国外列车碰撞研究的现状自80年代中期至今，国外发达国家对列车耐碰撞技术已进行了大量的研究，内容包括铁路碰撞事故的调查分析，列车撞击行为的理论分析，列车耐碰撞结构的设计和能量吸收评价准则，计算机仿真以及整车碰撞试验等。
就计算机仿真这一方面来讲，各国广泛使用动态显示非线性有限元模拟技术。
与传统方法实车碰撞相比,其优点在于在设计阶段通过模拟计算可尽早发现问题,缩短开发周期。
其次，由于列车碰撞实验重复性不好, 很难得到列车内部某些关键部位的变形情况。
采用模拟计算的方法,不仅重复性好、存储量大, 而且还可以将列车沿任意截面剖开观察其内部部件的变形过程。
此外,提出改进方案后, 能快捷的修改模型,再经过计算对比模型中有关部件修改前后的变形情况,直至取得满意的结果。
英国是较早进行耐冲击车体研究的国家，20世纪90年代，在英国铁路管理委员会内成立了专门从事列车碰撞问题的研究机构。
对铁道车辆结构耐碰撞性和吸能元件，如GRP圆管进行较深入的理论分析、计算机仿真和试验研究。
设计出如图1所示带司机室的防碰撞车辆的前端结构。
当发生碰撞时，在乘客区域发生变形前，通过压缩车钩缓冲器以及GRP能量吸收管和前端底架的有序塑性变形吸收掉1MJ能量。
图1 英国铁路防撞车司机室结构简图1.侧门上框;2.上缓冲梁;3.角柱;4.侧墙板承梁;5.端墙板承梁;6.端门柱;7.防爬缓冲器;8.缓冲梁;9.车钩;10.能量吸收牵引装置;11.斜撑;12.GRP能量吸收元件;13.下侧梁;14.铝质蜂窝板;15.下侧梁剪切连接铰;16.下侧梁导板;17.横梁;18.牵引缓冲盒;19.后门柱;20.前门柱;21.车顶弯梁。
法国国营铁路从1998年开始进行列车耐碰撞性能研究。
利用大型有限元软件对两起发生在平交道口的列车碰撞事故进行了仿真再现分析，一起事故是内燃动车与1辆油罐车相撞，另一起是1列新型的耐撞击的电动车与1辆载重30t的大卡车相撞。
仿真结果表明，欧洲标准EN12663中的第二部分关于铁道车辆被动安全性评价中的15t重的方型障碍物不能很好地代表与铁道车辆相碰撞的路面车辆。
为此，法国在设计TGV双层高速列车的动力车和尾部拖车时，对其结构的耐撞击性能进行了大量的理论研究和试验验证。
除英国和法国外，德国、葡萄牙、美国、日本川崎重工以及我国的工厂和院校也相继开展了大量的列车耐撞击性研究。
欧洲铁路在耐碰撞车辆的前端结构中，不但将车钩缓冲器、防爬器和能量吸收管集成一体，还使车前端底架参与吸收碰撞能量，并在侧墙和端墙中设置铝制蜂窝板，使之也能吸收碰撞能量。
另外，通过在斜撑和下侧梁开切口来控制底架塑性变形的初始屈服应力和折曲方向。
庞巴迪运输部德国车辆制造有限公司（DWA）设计制造的防碰撞轻轨车辆中，一方面采用了类似汽车的空气囊系统，另一方面在司机控制台上规定了软垫范围。
这种车对于碰撞一个80t的EBO（铁路技术管理规则规定）车辆来说，速度低于20km/h时，以及对于碰撞一个同类车辆来说，速度低于29km/h时，可以可靠地保护好客室内的乘客。
为了满足北美对乘客和司机碰撞被动安全保护的要求，在美国轻轨车辆市场占有较大份额的德国西门子公司为提高城市轻轨车辆的结构耐撞性，对车体与刚性墙的撞击进行了数值模拟。
日本川崎重工交付纽约地铁使用的R142A型客车，为满足美国提出的车体结构能吸收撞击能量的要求，专门在美国科罗拉多州的普韦布洛市进行了单台整车的冲撞试验。
3 国内列车碰撞研究的现状国内机车车辆防碰撞技术研究起步较晚，上世纪90年代中后期才开始对列车碰撞进行了些理论方面的研究。
近年来，一些高校才开始做了一些关于计算机模拟方面的工作。
大连铁道学院结合非线性有限元软件的算法提出了高速车辆大变形碰撞仿真基本原理；同济大学机车车辆系结合国外防撞车的设计提出了轨道车辆碰撞能量吸收装置原理；中南大学高速列车研究中心先后对薄壁结构的车辆吸能部件进行了碰撞模拟，按照车体结构均按前、中、后3种纵向刚度设置，前后两部分为可以产生塑性形的弱刚度吸能结构，中间部分为仅产生弹性变形的强刚度弹变结构，计出具有合适吸能结的耐冲击车体(出口伊朗客车)，并利用LS—DYNA进行了模拟仿真；同济大学机械工程学院利用ADAMS对国外某一列车防碰撞装置进行了动力学计算，探讨了防碰撞列车的设计原理和能量吸收装置的特性；铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心利用ABAQUS对薄壁圆管的轴向撞击、高速列车铝合金材料的耐撞性进行了模拟；西南交通大学机车辆研究所通过在机车端部安装吸能装置，并利用LS—DYNA进行碰撞仿真，对高速动力车的防碰撞性能进行了改进，证明了吸能装置减小了车体主体结构的破坏和车辆的减速度。
就整体而言，国内的碰撞研究还刚剐开始，已有的工作多数是结合出口车或非实际运用高速车进行的，针对国内正在运行使用的列车特点，进行列车碰撞性能的研究，还有待进一步加强。
4 国内外列车碰撞研究的方法与进展5.1撞击理论的模型含动能约束的多体系统的动态分析是已经完善的力学分支。
为了建立数学模型，物体都被假设成为刚性，且铰接处认为不含间隙。
撞击问题吸引着从天体物理学到机器人学等不同学科领域学者的注意力。
他们的共同目标是发展能够预测撞击物行为的理论。
本文主要集中于与刚体有关的撞击模型。
撞击理论的演化主要含有四个方面：经典力学、弹性应力波传播、接触力学和塑性变形。
不同的撞击理论适用于不同撞击特性（速度和材料性质）、假设和相关结论。
（1）经典力学包含应用基本力学定理来预测撞击后的速度。
脉冲－动量定理构成这种方法的核心。
Goldsmith在著作中用了一章的篇幅介绍了这种方法在几个问题中的应用。
Brach 在模拟几个具有实用价值的问题时一律采用了此法。
这种方法具有简便和易于实现的特点。