列车结构塑变吸能技术及装置

该项目属于交通运输领域，涉及铁路运输安全工程、机车车辆工程、固体力学、计算力学等多个学科。列车碰撞事故造成的重大人员伤亡触目惊心。以人为本，研制吸能安全列车，为乘员提供安全保护是客运列车发展的永恒主题。

列车碰撞属轨道交通特有的问题，既有造成伤亡事故的车辆被直接撞毁，又有导致爬车、颠覆等附加伤亡事故的车辆间耦合互撞。中国与美、英、法、德等发达国家几乎同步开展列车耐撞性研究，但由于各国对其核心技术均相互保密，加之中国机车车辆结构型式、列车传递纵向力方式与国外相比有显著差别，因此，迫切需要自主创新。

围绕“碰撞事故时乘员安全保护”这一目标，历时15年，针对列车碰撞事故中乘员生存空间显著损失，人体伤害程度超限，爬车、穿透破坏、之字形脱轨等问题，从理论方法、关键技术、产品设计3个层次开展研究，发明了列车碰撞可控变形吸能技术：

1. 提出碰撞可控变形吸能车辆设计方法。发明碰撞吸能车辆可控塑变力学分区技术及吸能装置，提出吸能车辆碰撞力学特征表达式及力学特性谱，建立吸能车辆多级纵向刚度匹配模式，发明“弱刚度的吸能结构、强刚度的止挡结构、次强刚度的缓和结构、弱刚度的弹变结构”的多级刚度车体，已投入工程应用。

2. 建立多车辆耦合碰撞吸能列车设计方法。提出多车辆碰撞动力学与结构塑性大变形耦合求解模型，发明吸能客运列车编组及连接技术，为预防车辆间耦合互撞导致的穿透破坏、爬车、之字形脱轨等后继事故的发生提供技术支撑。

3. 建立碰撞吸能控制与行车失稳预警方法。提出多参数融合的列车碰撞阈值结构控制方法，实现了在正常运行时吸能列车具有足够的强度刚度传递纵向力，在发生碰撞时能迅速产生可控塑性大变形吸收能量，保护乘员生命安全。发明列车运行姿态实时在线非接触监测方法及装置，实现了行车失稳预警。

已申请国家发明专利21项，其中授权4项；获计算机软件著作权18项；发表论文39篇，SCI、EI收录论文18篇；培养博士、硕士研究生38名。

与传统列车相比，耐冲击吸能列车实现了整列车可以吸收能量23MJ，头部车辆可以吸收能量13MJ，其他单节车辆能够吸收能量IOMJ，生存空间无显著损失，乘员冲击伤害水平在安全阈值内。城际轨道车辆的安全碰撞速度由原来的15km/h提高到25km/h。

研究成果已广泛应用于中国出口客运列车、国内城市地铁及轻轨车辆。该项目形成的具有完全自主知识产权的列车碰撞可控变形吸能技术，已实施6年，大大提升了国内机车车辆产品的国际竞争力，有力地推动了轨道交通装备行业的科技进步，发展了列车多体耦合撞击动力学，培养了一批轨道交通装备研究与设计的高层次技术人才。

该项目紧密结合中国轨道交通发展急需，有效降低了乘员面临的生命威胁，显著提高了轨道交通载运工具碰撞安全性，具有重大的社会效益和广阔的应用前景。

该项目属交通运输领域，涉及铁路运输安全工程、机车车辆工程、固体力学、计算力学等多个学科。列车碰撞事故造成的重大人员伤亡触目惊心。以人为本，研制吸能安全列车，为乘员提供安全保护是客运列车发展的永恒主题。列车碰撞属轨道交通特有的问题，既有造成伤亡事故的车辆被直接撞毁，又有导致爬车、颠覆等附加伤亡事故的车辆间耦合互撞。中国与美、英、法、德等发达国家几乎同步开展列车耐撞性研究，但由于各国对其核心技术均相互保密，加之中国机车车辆结构型式、列车传递纵向力方式与国外相比有显著差别，因此，迫切需要自主创新。围绕“碰撞事故时乘员安全保护”这一目标，历时15年，针对列车碰撞事故中乘员生存空间显著损失，人体伤害程度超限，爬车、穿透破坏、之字形脱轨等问题，从理论方法、关键技术、产品设计3个层次开展研究，发明了列车碰撞可控变形吸能技术：1．提出碰撞可控变形吸能车辆设计方法。发明碰撞吸能车辆可控塑变力学分区技术及吸能装置，提出吸能车辆碰撞力学特征表达式及力学特性谱，建立吸能车辆多级纵向刚度匹配模式，发明“弱刚度的吸能结构、强刚度的止挡结构、次强刚度的缓和结构、弱刚度的弹变结构”的多级刚度车体，已投入工程应用。2．建立多车辆耦合碰撞吸能列车设计方法。提出多车辆碰撞动力学与结构塑性大变形耦合求解模型，发明吸能客运列车编组及连接技术，为预防车辆间耦合互撞导致的穿透破坏、爬车、之字形脱轨等后继事故的发生提供技术支撑。3．建立碰撞吸能控制与行车失稳预警方法。提出多参数融合的列车碰撞阈值结构控制方法，实现了在正常运行时吸能列车具有足够的强度刚度传递纵向力，在发生碰撞时能迅速产生可控塑性大变形吸收能量，保护乘员生命安全。发明列车运行姿态实时在线非接触监测方法及装置，实现了行车失稳预警。已申请国家发明专利21项，其中授权4项；获计算机软件著作权18项；发表论文39篇．SCI、EI收录论文18篇；培养博士、硕士研究生38名。与传统列车相比，耐冲击吸能列车实现了整列车可以吸收能量23MJ，头部车辆可以吸收能量13MJ，其他单节车辆能够吸收能量IOMJ，生存空间无显著损失，乘员冲击伤害水平在安全阈值内。城际轨道车辆的安全碰撞速度由原来的15km/h提高到25km/h。研究成果已广泛应用于中国出口客运列车、国内城市地铁及轻轨车辆。该项目形成的具有完全自主知识产权的列车碰撞可控变形吸能技术，已实施6年，大大提升了国内机车车辆产品的国际竞争力，有力地推动了轨道交通装备行业的科技进步，发展了列车多体耦合撞击动力学，培养了一批轨道交通装备研究与设计的高层次技术人才。该项目紧密结合中国轨道交通发展急需，有效降低了乘员面临的生命威胁，显著提高了轨道交通载运工具碰撞安全性，具有重大的社会效益和广阔的应用前景。