“应用 Altair 公司碰撞仿真软件 HyperCrash 和 RADIOSS 进行大变形碰撞仿真，并以碰撞过程中车体结构的塑性变形、司机和乘客的生存空间和平均加速度等情况为基准，评估了该列车的安全性。”

　　——源于Altair 2014技术大会论文 作者：刘超

　　项目介绍

　　随着列车的全面提速，列车碰撞安全性成为现代列车研究的最关键内容之一。车体的耐撞性包括车体结构的承载能力、变形模式和自身吸收撞击能量的能力等多方面的综合特性。满足列车车体结构的耐撞性，也就是在一定的撞击速度下，列车车体的各个部位能有序的发生碰撞变形，在尽可能多的吸收撞击能量的同时，最大限度的降低撞击减速度，为司机和乘客保留足够的逃生空间， 从而降低碰撞事故带来的伤害。

　　青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司(简称 BST)是由中国四方机车车 辆有限责任公司与庞巴迪公司出资组建的中外合资企业。从事设计、生产高档 客车、普通客车车体、电动车组、豪华双层客车、高速客车和城市轨道车辆等， 销售合营公司自产产品，提供相关售后服务。

　　青岛四方庞巴迪以某铝合金电动车组车体结构为载体，利用 HyperMesh 软 件强大的网格划分功能建立网格，并在 HyperCrash 中建立 8 节编组动车组有 限元模型，采用 RADIOSS 软件显式求解器，基于计算机数值仿真技术对车体 进行大变形碰撞仿真，得到该车体发生大变形碰撞时的车体塑性变形、撞击力、 车体减速度等参数与时间的变化情况，并根据 EN15227 标准中的评价准则对 该动车组车体的碰撞安全性进行评估。

　　挑战

　　由于，目前该碰撞工况很难进行真实的试验，如何在设计阶段对车体的安 全性进行准确评估，从而满足安全性需求。

　　解决方案

　　该车体是采用大型铝型材焊接而成，采用 8 节编组，头车前端带有吸能车钩和碰撞吸能器，两节车辆之间带有中间吸能车钩，可以很好的吸收碰撞能量，头车结构如图 1 所示 。

图 1 头车车体结构示意图

　　根据 EN15227：2008 标准，对于在平交路口上，一辆列车单元以 65km/h 的速度和一个大而重的可变形障碍物 之间发生撞击，如图 2 所示。可变形障碍物的详细参数及模型建立要求可以参照 EN15227：2008 标准中 C.3 部分。

图 2 电动车组碰撞工况

　　在碰撞过程中，列车的碰撞能量主要集中在车体前端结构部分，而前端结构也同样具有载客能力，需要同时考虑 司机和乘客的安全，所以耐撞性对于头车车体尤为重要。为提高计算效率，建立头车车体前面部分模型，后面部分及其他 7 辆车体用质点模拟。有限元模型建立如下：

图 3 电动车组碰撞有限元模型

　　根据上述工况及有限元模型，采用 RADIOSS 显式求解器进行求解，并用 HyperView 查看碰撞结果。碰撞过程 中，车体与可变形障碍物随时间变化的变形图如图 4 所示。

图4 碰撞过程车体及障碍物变形图

　　整个碰撞过程中，前端缓冲器仅仅压缩 8mm，吸收能量很小，前端车钩与障碍物不发生接触，不吸收能量，由 于车体刚度较大，大部分碰撞能量被可变形障碍物吸收。头车的塑性应变云图如图 5 所示，红色为塑性应变大于 10% 的区域，从图中可以看到，车体前端发生很小的塑性变形，对车体整体结构几乎没有影响。因此，司机及乘客的生存 区没有受到影响。图 6 为头车的位移云图。

图 5 塑性应变云图 图 6 位移云图

　　结论

　　根据 EN15227：2008 标准中规定的碰撞工况，以某铝合金电动车组车体结构为载体，应用 Altair 公司碰撞仿真 软件 HyperCrash 和 RADIOSS 进行大变形碰撞仿真，并以碰撞过程中车体结构的塑性变形、司机和乘客的生存空间和平均加速度等情况为基准，评估了该列车的安全性。可以较准确高效的实现动车碰撞仿真，很好地评估并保障列车 的碰撞安全性。因此，该仿真方法可以在轨道车辆的碰撞仿真中得到广泛的应用。

　　关于Altair公司

　　Altair公司是世界领先的工程设计技术的开发者之一，也是一家具有全球深厚工程技术底蕴的优秀CAE工程公司。Altair 公司拥有多元化的业务主线，其技术涵盖 高端CAE仿真和优化技术、数据管理及流程自动化、高性能计算与网络计算技术，同时具备一流的产品设计、流程定制、二次开发等咨询服务能力。Altair目前为私 人所有，总部设在美国底特律，在全球拥有2000多位员工，分支机构遍及美洲、 欧洲及亚太地区。凭借其在产品设计、先进CAE工程软件开发和网格计算技术等方面拥有27年的经验，Altair不断为各个行业的客户创造竞争优势。

　　企业级CAE仿真平台 构建于设计优化、性能数据管理和流程自动化的基础理念之上，HyperWorks是 一个企业级的仿真解决方案，用于加快企业设计开发和决策过程。作为业界最全 面的开放构架的CAE解决方案，HyperWorks包括第一流的建模、分析、可视化 和数据管理解决方案，适用于线性、非线性、结构优化、流固耦合和多刚体动力 学等多个领域。

　　产品创新咨询服务

　　Altair产品设计咨询团队(ProductDesign)是一个提供创新的、端对端解决方案的、 全球性的多学科产品研发和工程咨询团队，向全球客户提供全面的工程咨询服务，其设计方案能够综合产品可用性、适用性、高性能、多需求、低成本等多个 方面的因素。通过领先的研发流程和丰富的行业经验，帮助客户产品以更快的速度投向市场。

　　网格计算和资源管理平台

　　Altair PBS Works 帮助制造业、资源勘探、地球科学、天气预报、计算化学、制药、金融和娱乐行业的企业、学校和研究机构最大化其计算软硬件资源的投资回报。PBS Works系统作为Altair HyperWorks家族中的成员，帮助制造业用户在实现大规模CAE仿真的同时按照需求有效地利用企业的计算资源，包括网格、集群和其他计算系统。