新型纵向卧铺结构被动安全性仿真分析与评估

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180942

摘要/Abstract

摘要：

新型纵向卧铺采用中央通道设计且两侧布置卧铺单元，具有相对独立的上、下层纵向单元使乘员与车辆运行方向保持一致。碰撞事故中，与横向卧铺中乘员姿态和接触响应相比，纵向卧铺将反映结构不同的被动安全防护性能。依据拟人仿真试验为核心的旅客界面结构被动安全评估方法，分析了纵向卧铺在旅客界面结构设计中的特点，建立了带有假人的纵向卧铺单元碰撞场景及有限元模型，以标准载荷为边界条件实现碰撞过程的仿真计算。分析了假人姿态响应及损伤指标评估结构对乘员的被动安全防护能力并对比了25T型列车横向卧铺结构。结果表明：纵向卧铺碰撞场景中，正向载荷下假人损伤指标超过标准限值（头部HIC₁₅ 值为626、颈部N_ij 值为2.5）；反向载荷下，假人腿部股骨最大轴向压力（6.4 kN）超过标准限值；由于结构设计的根本性改变，假人在纵向和横向卧铺结构中均不能完全避免碰撞损伤且损伤位置、数量和程度不同，而纵向卧铺结构一定程度上约束乘员的“自由运动”，有利于降低乘员二次碰撞的损伤风险。

关键词: 载运工具运用工程, 被动安全, 二次碰撞, 纵向卧铺, 仿真

Abstract:

The longitudinal berth is designed with a central aisle and double-deck berth units on both sides. With relatively independent longitudinal berths, the passengers lie parallel with the train’s running direction. In collision accidents, compared with the transversal berth, and the kinematic responses of dummies reflect the passive safety protection performance of structures. Analyzing the characteristics of the longitudinal berth in the structural design of a passenger interface, the finite element models of typical collision scenes with dummies were established according to a passive safety evaluation method for a passenger interface based on the anthropomorphic simulation test. The simulation was carried out with the standard load as the boundary condition. The passive safety protection of the structure to occupants was evaluated by analyzing kinematic responses and injury parameters, and compared with 25T transversal berth. The results indicate that, in the longitudinal berth, under forward load, the head and neck injury indexes of the dummies exceed the standard criterion values (HIC ₁₅ is 626 and N_ij is 2.5). Under the backward load, the peak femur compressive force reaches 6.4 kN, which exceeds the criterion value. Due to fundamental changes in the structural design, dummies in the longitudinal and transversal berths can’t avoid secondary impacts and have different injuries. The longitudinal berth restrains occupants more effectively and reduces the risks of injury in secondary impacts.

Key words: vehicle operation engineering, passive safety, secondary impact, longitudinal berth, simulation

中图分类号:

U298.2

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图/表 17

图1

表1

图2

图3

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图5

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图6

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表6

假人损伤标准值与计算损伤值"

损伤指标		标准值	纵向卧铺		25T横向卧铺
损伤指标		标准值	1号	2号	3号	4号	5号	6号
头部	最大3 ms加速度/g	80	128.4	41.3	40.6	266.2	51.3	33.7
头部	$H I C 15$	500	626	36	186	1 910	177	157
颈部	最大向前弯曲力矩/（N·m）	310	124.2	16.4	77.1	11.6	11.3	12.7
	最大向后弯曲力矩/（N·m）	135	63.3	9.8	60.5	10.6	11.8	10.1
	最大拉力/kN	4.17	0.3	0.1	1.3	1.2	0.4	0.4
	最大压力/kN	4	15.1	3.8	0.6	0.3	1.0	0.2
	$N i j$	1	2.5	0.6	0.6	0.3	0.2	0.1
胸部	最大3 ms加速度/g	60	57.2	16.4	153.5	78.9	29.9	17.7
	最大压缩量/mm	63	2.8	1.9	6.2	10.8	4.2	4.7
	VC	1	0.1	0.1	0.4	0.6	0.2	0.3
	CTI	1	0.7	0.2	1.8	1.0	0.3	0.2
腿部	左侧股骨最大轴向压缩力/kN	4.3	0.8	6.3	2.7	2.1	0.2	0.5
	右侧股骨最大轴向压缩力/kN	4.3	0.8	6.4	2.8	1.9	0.2	0.5
	左侧胫骨最大轴向压缩力/kN	8	0.8	7.3	2.2	2.5	0.3	0.5
	右侧胫骨最大轴向压缩力/kN	8	0.8	7.5	2.3	2.2	0.2	0.6
	左侧胫骨指数TI	1.3	0.4	0.9	0.8	0.7	0.4	0.3
	右侧胫骨指数TI	1.3	0.4	0.9	0.3	0.6	0.2	0.3

表6

图11

参考文献 11

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卧铺类型	定员/人	床铺层数	铺位长度/mm	铺位宽度/mm
新型纵向	60	2	1950	715
25T横向	36	2	1900	700

车厢模型	单元数/节点数	部件、结构	实际材料	材料模型编号
纵向卧铺	88890/83169	床垫、靠背、枕头	聚氨酯泡沫	MAT_057: LOW_DENSITY_FOAM
		地板、侧墙等	7003铝合金	MAT_003: PLASTIC_KINEMATIC MAT_020:RIGID
		隔断等	酚醛玻璃钢	MAT_003: PLASTIC_KINEMATIC MAT_020:RIGID
横向卧铺	235838/235523	餐桌	—	MAT_001:ELASTIC MAT_020:RIGID
横向卧铺	235838/235523	床等	—	MAT_001:ELASTIC MAT_020:RIGID

车厢类型	载荷方向	假人编号	碰撞接触部位	接触部位数量	超过限值部位
纵向卧铺	正向	1	头部	1	头部、颈部
纵向卧铺	反向	2	脚部	1	腿部
横向卧铺	正向	3	头、胸、四肢	3	胸部
		4	头、胸、四肢	3	头部、胸部
		5	胸、四肢	2	—
		6	四肢	1	—