轨道列车碰撞事故中,二次碰撞严重威胁着乘员的生命安全,明确二次碰撞过程中的乘员损伤机理并进行有效的被动安全防护设计是降低乘员损伤的基础。轨道列车通常不加装针对乘员个人的安全防护设备,乘员在事故中的二次碰撞缺少缓冲过程。因此,提出结构简单、性能可靠、维护便捷的安全防护措施,引导乘员碰撞过程中的运动姿态,规避致命伤害,具有现实意义。本文主要从列车乘员安全损伤评估、内饰桌板参数优化、吸能桌板结构设计等方面研究降低乘员二次碰撞损伤措施。具体研究如下:(1)评估乘员二次碰撞损伤。通过列车车厢局部简化模型和LSTC Hybrid III 50百分位坐姿假人模型构建车厢内部碰撞事故场景,分别采用GM/RT2100标准和APTA SSC&S-016-99标准评估乘员头部、颈部、胸部和腿部损伤,并分析不同标准载荷下乘员二次碰撞损伤机理。(2)优化内饰桌板尺寸参数。以桌板物理参数为设计变量,设计三因子五水平的正交试验,研究各变量对乘员头部、颈部、胸部和腿部损伤的影响规律;采用Kriging代理模型建立内饰桌板尺寸参数与颈部损伤判据、综合损伤指标之间的关系;采用NSGA-Ⅱ算法求解桌板参数优化问题,并验证优化方案。(3)提出一种具有梯度壁厚蜂窝夹层桌板,以能量吸收方式降低乘员损伤。参考蜂窝结构和叶脉结构设计夹层几何构型,通过对吸能夹层横向压溃仿真分析,得到结构的总吸能量、比吸能和平均压溃载荷。采用最优拉丁超立方设计对壁厚梯度参数采样,建立耐撞性指标与壁厚梯度参数之间的多项式响应面模型,以总吸能量和比吸能最大、平均压溃载荷最小对梯度壁厚夹层结构进行多目标优化设计,利用NSGA-Ⅱ算法求解得到最优梯度参数。本文从乘员损伤评估出发,研究假人损伤位置及伤害机理,提出优化桌板尺寸参数和吸能桌板两种乘员防护措施。两种措施均改变了乘员在碰撞过程中的运动姿态,避免头部与桌板直接接触,乘员损伤明显降低。防护措施可行性较高,具有一定的实际意义。
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