动车组行李架耐撞性分析及优化设计

作者:高广军; 宋瑜嘉; 于尧; 关维元
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现有列车行李架仅考虑静态载荷要求。为了提高动车组火车行李架的耐碰撞性能,降低乘客在碰撞事故中二次受伤的风险,对时速250km/h的标准动车组火车行李架进行了碰撞特性研究和抗碰撞优化设计。首先,基于LS-DYNA显式非线性Alpine程序,建立了动车组列车行李架的Alpine模型,并对现有动车组列车行李架结构的碰撞响应进行了仿真分析。其次,通过加宽安装座,在行李架末端安装蜂窝吸能结构,调整螺栓预紧力,最后取螺栓预紧力,对行李架进行耐撞性设计,以蜂窝吸能结构的抗压强度和支架拉杆的厚度为设计变量,以比吸能、位移和冲击峰值力为设计目标,通过优化拉丁超立方体试验设计获得样本空间,建立了设计变量和设计目标的响应面近似模型,采用NSGA遗传算法对行李架的耐撞性进行了优化。研究结果表明,碰撞后,现有动车组行李架结构的安装螺栓失效,行李和行李架掉落,改进后的风险.行李架对乘客造成损坏。改进后的风险.行李架可滑动并压缩时沿安装座中的蜂窝状吸能结构。通过行李架与安装座之间的摩擦和蜂窝材料的塑性变形,产生行李碰撞动能,经过多目标优化设计,得到行李架耐撞性的帕累托前沿。平衡解处大学的行李架具有更好的耐撞性,优化结果与仿真结果的误差在5%以内。