呂思雨，鐘睦，魯寨軍，劉項(xiàng)

基于有限元仿真的列車-橋梁防護(hù)墻碰撞研究

呂思雨1, 2, 3，鐘睦1, 2, 3，魯寨軍1, 2, 3，劉項(xiàng)1, 2, 3

(1. 軌道交通安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410075；2. 軌道交通安全關(guān)鍵技術(shù)國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410075；3. 軌道交通列車安全保障技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410075)

針對(duì)橋梁防護(hù)墻防護(hù)能力研究較為匱乏的現(xiàn)狀，基于有限元理論，運(yùn)用Hypermesh軟件建立有砟無(wú)砟軌道橋梁上動(dòng)車組頭車與防護(hù)墻碰撞的有限元模型，采用數(shù)值仿真方法對(duì)動(dòng)車組頭車碰撞防護(hù)墻過(guò)程進(jìn)行分析和研究，獲得不同速度和不同沖角碰撞工況下防護(hù)墻的受力與變形及列車運(yùn)行軌跡的變化。研究結(jié)果表明：動(dòng)車組頭車以較低速度、較小沖角碰撞防護(hù)墻時(shí)，防護(hù)墻受損破壞程度較輕；當(dāng)碰撞速度較高、沖角較大時(shí)，防護(hù)墻受損程度較重，頭車有輕微爬墻現(xiàn)象。加高防護(hù)墻后建立相關(guān)工況下的碰撞模型進(jìn)行仿真計(jì)算，通過(guò)分析其碰撞過(guò)程和碰撞力、頭車偏轉(zhuǎn)角及速度隨時(shí)間的變化情況，發(fā)現(xiàn)增高后的防護(hù)墻能有效抑制列車爬墻現(xiàn)象，列車運(yùn)行穩(wěn)定性較好。

動(dòng)車組；防護(hù)墻；有限元仿真；碰撞過(guò)程

動(dòng)車組列車在為人們生活提供便捷，大大加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)列車脫軌事故，這對(duì)鐵路列車的運(yùn)行安全性提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)[1]。列車若在橋面上脫軌，可能導(dǎo)致車廂墜落甚至砸傷地面行人，損失較為嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外針對(duì)各自規(guī)范制定了安全限度標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)各自國(guó)情采取不同的安全防護(hù)措施[2]：法國(guó)采用有砟道床，安裝護(hù)輪軌防止列車脫軌后沖出橋面；瑞典通過(guò)加高擋砟墻來(lái)降低列車脫軌后墜橋的幾率；德國(guó)主要采用電纜槽墻體作為列車的安全防護(hù)措施，并增設(shè)混凝土擋塊防止列車脫軌后沖出軌道過(guò)遠(yuǎn)；日本則采用在車體上安裝反L型車輛導(dǎo)向裝置并在軌道兩側(cè)設(shè)立護(hù)輪軌的方式。我國(guó)在客貨共線鐵路橋梁設(shè)計(jì)中提出要設(shè)置防護(hù)墻，在防護(hù)墻設(shè)計(jì)過(guò)程中，需考慮列車脫軌后對(duì)防護(hù)墻的撞擊力，目前，作用在防撞墻上的荷載按與軌頂面平齊，橫向200 kN/m考慮。由于列車脫軌問(wèn)題本身的復(fù)雜性和極端性，目前還沒有關(guān)于橋梁上脫軌列車—防護(hù)墻碰撞過(guò)程的實(shí)車試驗(yàn)，故采用理論推導(dǎo)和數(shù)值仿真的方法評(píng)價(jià)橋梁防護(hù)墻的防撞性能。在理論推導(dǎo)方面，向俊等[3?5]推導(dǎo)出高速鐵路橋梁防撞墻受力計(jì)算公式，計(jì)算出脫軌搖擺力為630 kN，防撞墻所受到的撞擊力為33 002.4 kN，但理論推導(dǎo)簡(jiǎn)化了很多條件，不夠貼合實(shí)際。在數(shù)值仿真方面，畢繼紅等[6?8]基于ANSYS/ LSDYNA顯式動(dòng)力算法的仿真分析模擬磁懸浮列車擦撞并侵入混凝土護(hù)欄，最終導(dǎo)致護(hù)欄局部失效散裂的破壞效應(yīng)，且撞擊角度越大，護(hù)欄的破壞程度越嚴(yán)重，但其用質(zhì)量塊代替列車進(jìn)行仿真，無(wú)法研究列車碰撞后的運(yùn)行狀態(tài)。相比于碰撞試驗(yàn)，列車的碰撞仿真克服了費(fèi)用高昂、測(cè)試周期漫長(zhǎng)、可重復(fù)性差和不可控因素多等缺點(diǎn)，且可獲得更多的數(shù)據(jù)，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可行性[9?11]。關(guān)于脫軌后的車輛與防護(hù)墻發(fā)生碰撞的仿真分析，在汽車領(lǐng)域已開展了不少研究，但在鐵道領(lǐng)域，還很少有人對(duì)此進(jìn)行研究[12?13]。在此，本文基于鐵路列車脫軌行為，對(duì)鐵路列車脫軌后與軌道防護(hù)措施碰撞過(guò)程進(jìn)行建模仿真分析，進(jìn)而對(duì)橋梁脫軌防護(hù)措施的防護(hù)性能進(jìn)行評(píng)估。

1 動(dòng)車組與防護(hù)墻碰撞初始條件假定

動(dòng)車組脫軌后與橋梁防護(hù)墻碰撞是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程分為“脫離軌道并掉落”、“繼續(xù)行駛”和“碰撞”3個(gè)階段，其中“碰撞”過(guò)程為本文研究對(duì)象。為方便建模及計(jì)算，對(duì)前2個(gè)階段進(jìn)行簡(jiǎn)化，動(dòng)車組受重力掉落至道砟，沿脫軌速度方向繼續(xù)行駛，繼續(xù)行駛時(shí)受到道砟的摩擦速度降低。

1.1 動(dòng)車組及橋面結(jié)構(gòu)的確定

選用我國(guó)客貨共線鐵路上具有代表性的某型號(hào)動(dòng)車組作為研究對(duì)象，其頭車模型如圖1所示。該動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)時(shí)速為200 km，頭車模型由車輛與2個(gè)轉(zhuǎn)向架組裝構(gòu)成，動(dòng)車組頭車模型總長(zhǎng)25 000 mm，高3 700 mm，寬3 370 mm，總質(zhì)量為54.058 t，單個(gè)轉(zhuǎn)向架質(zhì)量為6.625 t。

圖1 動(dòng)車組頭車幾何模型

根據(jù)所選用動(dòng)車組，參考時(shí)速200 km客貨共線鐵路有砟橋面預(yù)應(yīng)力混凝土雙線整孔簡(jiǎn)支箱梁通用參考圖，選擇有砟軌道直線梁作為后期整體建模的橋梁參考圖。根據(jù)參考圖中相關(guān)尺寸可知，防護(hù)墻距離軌道中心線2 285 mm，由此確定防護(hù)墻的具體位置，防護(hù)墻厚度為200 mm，防護(hù)墻高1 050 mm，軌頂所在平面距離防護(hù)墻底端約710 mm，因此防護(hù)墻最終高出道砟340 mm，整體示意如圖2所示。

1.2 碰撞速度及沖角的確定

根據(jù)該動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，本文選取碰撞速度80，120和200 km/h的工況進(jìn)行研究。

圖2 防護(hù)墻斷面示意圖

圖3 脫軌沖角示意圖

2 車體?防護(hù)墻有限元模型的建立

有限元模型對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果有很大影響，其中2個(gè)重要元素分別為有限元模型與實(shí)物的近似程度和網(wǎng)格的大小、數(shù)目及形狀。數(shù)值模擬所分析得到的結(jié)果精度、可靠性以及計(jì)算成本均取決于有限元模型。本文選用Hypermesh軟件劃分網(wǎng)格、設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

2.1 有限元模型及網(wǎng)格劃分

由于動(dòng)車組頭車在脫軌后需繼續(xù)前進(jìn)一定時(shí)間后才能與防護(hù)墻發(fā)生碰撞，為節(jié)約計(jì)算成本，將列車沿線路脫軌處平移至與防護(hù)墻較為接近的位置，并對(duì)動(dòng)車組?橋梁有限元模型進(jìn)行相應(yīng)簡(jiǎn)化。網(wǎng)格密度是關(guān)系整車碰撞計(jì)算仿真的精度和效率的重要因素，密度過(guò)小會(huì)降低計(jì)算效率，密度過(guò)大則會(huì)降低計(jì)算精度。為得到比較精確的結(jié)果，轉(zhuǎn)向架、排障器、設(shè)備艙等易碰撞部位網(wǎng)格單元尺寸取為50 mm，其他取為100 mm。劃分網(wǎng)格后，列車?橋梁防護(hù)墻碰撞的有限元模型如圖4所示，動(dòng)車 組頭車模型中單元數(shù)為119 317，節(jié)點(diǎn)(Node)數(shù)為 117 500。

圖4 列車?防護(hù)墻簡(jiǎn)化有限元模型示意圖

2.2 材料參數(shù)

車體主要由鋁合金構(gòu)成，主要涉及的材料參數(shù)如表1所示。

表1 動(dòng)車組用鋁合金材料參數(shù)

防護(hù)墻主要由混凝土材料構(gòu)成，在仿真過(guò)程中，車輛以較高的速度撞向防護(hù)墻，可以將其認(rèn)為是混凝土結(jié)構(gòu)受到壓縮甚至發(fā)生侵徹的問(wèn)題。經(jīng)查閱資料，并對(duì)初步仿真模擬結(jié)果進(jìn)行分析和對(duì)比，確定混凝土的材料采用MAT72R3模型，其主要應(yīng)用于高應(yīng)變率、大變形下的混凝土與巖石模擬，采用該模型進(jìn)行仿真得到的結(jié)果可靠性更強(qiáng)。該模型只需設(shè)置表2所示參數(shù)，其他參數(shù)由其內(nèi)部程序自動(dòng)計(jì)算。

表2 防護(hù)墻用混凝土材料參數(shù)

由于本文重點(diǎn)研究防護(hù)墻的防撞性能，因此為便于計(jì)算，將道床假設(shè)為剛性墻，采用MAT20材料模型。

2.3 接觸及邊界條件

對(duì)防護(hù)墻墻體底端和地面建立全自由度約束，對(duì)車體施加重力加速度。參考相關(guān)文獻(xiàn)[14?15]，輪軌之間的靜摩擦因數(shù)設(shè)置為0.3，動(dòng)摩擦因數(shù)設(shè)置為0.05。車與防護(hù)墻碰撞后會(huì)擦撞前行，因此也需考慮車與墻之間的摩擦力，車墻之間的靜摩擦因數(shù)設(shè)置為0.3，動(dòng)摩擦因數(shù)設(shè)置為0.15。在車輪與橋面之間、車體與防護(hù)墻之間建立接觸，接觸類型為自動(dòng)面面接觸(Automatic Surface to Surface)。

3 現(xiàn)有防護(hù)墻碰撞結(jié)果分析

碰撞初始條件的不同主要體現(xiàn)在碰撞速度和沖角的不同，分別設(shè)置碰撞速度為80，120和200 km/h，在不同沖角下建立有限元模型進(jìn)行仿真。

3.1 80 km/h速度級(jí)下碰撞結(jié)果

圖5為碰撞速度為80 km/h時(shí)各沖角的碰撞力隨時(shí)間變化的情況。不同沖角下曲線趨勢(shì)大致一致，在碰撞過(guò)程中均出現(xiàn)了2次峰值力，第1次峰值力是由于動(dòng)車組頭車頭部直接碰撞導(dǎo)致，第2次峰值力是由于在列車的“甩尾”作用下頭車尾部碰撞導(dǎo)致，在2次峰值力之間，由于頭車向前固有的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)導(dǎo)致動(dòng)車組與防護(hù)墻上端發(fā)生持續(xù)的擦撞，防護(hù)墻上端部位產(chǎn)生了一定程度的破損。

圖5 碰撞時(shí)速80 km時(shí)不同沖角下碰撞力?時(shí)間曲線

圖6為碰撞速度為80 km/h時(shí)各沖角的2次峰值力。碰撞過(guò)程中的峰值力隨沖角增大而變大，當(dāng)沖角達(dá)到1.5°時(shí)，碰撞力峰值增大明顯，頭車直接碰撞產(chǎn)生的峰值力約為1.0°沖角工況中峰值力的1.25倍，之后其增長(zhǎng)幅度變緩。第2次峰值力均大于第1次，說(shuō)明列車“甩尾”作用產(chǎn)生了較大的力。

圖6 碰撞時(shí)速80 km時(shí)不同沖角下碰撞力峰值

圖7為碰撞速度為80 km/h時(shí)各沖角下頭車偏轉(zhuǎn)角隨時(shí)間的變化情況，頭車偏轉(zhuǎn)角度指頭車與防護(hù)墻發(fā)生碰撞后其運(yùn)行方向偏離脫軌時(shí)運(yùn)行方向的角度。由圖7可知，隨碰撞時(shí)間的增長(zhǎng)，頭車偏轉(zhuǎn)角變大，說(shuō)明動(dòng)車組頭車由于受到防護(hù)墻橫向撞擊力，與防護(hù)墻分離并發(fā)生一定程度向軌道內(nèi)側(cè)的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)頭車偏轉(zhuǎn)角等于其脫軌沖角時(shí)，說(shuō)明頭車運(yùn)行方向已擺正。在計(jì)算終止時(shí)刻，1.0°沖角工況下的頭車偏轉(zhuǎn)角為0.91°，1.5°沖角工況下的頭車偏轉(zhuǎn)角為1.54°，2.0°沖角工況下的頭車偏轉(zhuǎn)角為2.15°，2.5°沖角工況下的頭車偏轉(zhuǎn)角為2.51°，故頭車方向已大致擺正。因此防護(hù)墻在計(jì)算時(shí)間內(nèi)已將脫軌頭車完全推離，動(dòng)車組頭車與防護(hù)墻碰撞后貼著防護(hù)墻繼續(xù)前行。

圖7 時(shí)速80 km不同沖角下頭車偏轉(zhuǎn)角?時(shí)間曲線

3.2 120 km/h及200 km/h速度級(jí)下碰撞結(jié)果

對(duì)120 km/h及200 km/h速度級(jí)動(dòng)車組頭車進(jìn)行有限元仿真，從車體受力云圖可知碰撞主要集中在圖8所標(biāo)示部位，其中部位1為排障器，部位2為設(shè)備艙端部。沖角為1.0°和1.5°時(shí)，部位2碰撞防護(hù)墻；沖角為2.0°和2.5°時(shí)，部位1和部位2同時(shí)碰撞防護(hù)墻。部位1 和部位2的共同特點(diǎn)是比較尖銳，因此車體以較高速度沖向防護(hù)墻時(shí)，碰撞產(chǎn)生的力較大，墻體最上層單元被其侵蝕，不利于防護(hù)脫軌列車，且防護(hù)墻上端被碰撞后損壞導(dǎo)致防護(hù)墻變矮，列車設(shè)備艙底部有爬墻趨勢(shì)，但仍能對(duì)脫軌列車發(fā)揮限位導(dǎo)向作用。

分析碰撞時(shí)速為120 km和200 km時(shí)各工況下各方向碰撞力隨時(shí)間的變化可知：碰撞發(fā)生初期，車體對(duì)防護(hù)墻的垂向撞擊力占主導(dǎo)，隨后總碰撞力主要來(lái)自車體對(duì)防護(hù)墻向前的推力。選取時(shí)速200 km，沖角2.0°工況進(jìn)行說(shuō)明，防護(hù)墻受力情況如圖9所示，其中Resultant force指碰撞總力，-force指沿防護(hù)墻向前的作用力，-force指垂直于防護(hù)墻側(cè)面的作用力，-force指沿防護(hù)墻向下的作用力，圖中分別給出了碰撞力上升時(shí)刻及下降時(shí)刻的受力云圖。由圖9可知，碰撞初期的力主要來(lái)自與車體對(duì)防護(hù)墻的垂向沖擊(即-force)；此后由于部位2結(jié)構(gòu)的特殊性，在豁口處對(duì)防護(hù)墻產(chǎn)生向前的推力(即-force)，該力增大明顯，并成為碰撞總力的主要來(lái)源；設(shè)備艙端部底板有輕微爬墻趨勢(shì)，對(duì)防護(hù)墻向下的作用力(即-force)逐漸增大，此時(shí)防護(hù)墻破損程度較為嚴(yán)重。

圖10為碰撞時(shí)速為120 km和200 km時(shí)各沖角下動(dòng)車組頭部直接碰撞防護(hù)墻產(chǎn)生的峰值力(即第1次峰值力)，碰撞速度相等時(shí)，碰撞力隨沖角的增大而增大，200 km/h速度級(jí)下的碰撞力遠(yuǎn)大于120 km/h速度級(jí)下的碰撞力，因此碰撞速度越高、沖角越大，碰撞導(dǎo)致的危險(xiǎn)系數(shù)就越高。

圖8 車體主要碰撞部位

圖9 時(shí)速200 km沖角2.0°防護(hù)墻受力情況

圖10 各工況下碰撞力峰值

3.3 防護(hù)墻防護(hù)性能評(píng)估及優(yōu)化方案

通過(guò)對(duì)碰撞仿真的結(jié)果進(jìn)行分析可知，碰撞速度為80 km/h時(shí)，防護(hù)墻有較好的防護(hù)導(dǎo)向作用；碰撞速度達(dá)到120 km/h時(shí)，由于防護(hù)墻上層單元被尖銳的設(shè)備艙端部侵蝕導(dǎo)致其被嚴(yán)重破損而變矮，動(dòng)車組的設(shè)備艙底部易出現(xiàn)爬墻趨勢(shì)，從而影響行車穩(wěn)定。

防護(hù)墻高度的改變可直接影響頭車與防護(hù)墻的碰撞位置，車體不同位置處結(jié)構(gòu)不同，碰撞過(guò)程也有所差異，設(shè)備艙端部和排障器的邊緣位置碰撞剛度較弱且設(shè)備艙在此碰撞位置下容易出現(xiàn)爬墻趨勢(shì)，因而危險(xiǎn)系數(shù)較大。將防護(hù)墻高度增高至超過(guò)設(shè)備艙端部，則可避免動(dòng)車組尖銳部位對(duì)防護(hù)墻的碰撞，減輕撞擊對(duì)墻的損壞。

4 加高防護(hù)墻后碰撞結(jié)果分析

將原始高度為1 050 mm的防護(hù)墻增高至超過(guò)設(shè)備艙端部，取其高度為1 390 mm，則防護(hù)墻高出道砟的高度由340 mm變?yōu)?80 mm。加高防護(hù)墻后研究200 km/h 速度級(jí)下碰撞過(guò)程，建立有限元模型并進(jìn)行仿真計(jì)算。

4.1 防護(hù)墻受力分析

碰撞時(shí)速為200 km時(shí)，加高防護(hù)墻后不同沖角下動(dòng)車組頭車與防護(hù)墻的碰撞力隨時(shí)間變化的趨勢(shì)如圖11所示，其碰撞力峰值如圖12所示。車體在計(jì)算時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)2次峰值力，且沖角低于2.5°工況中，車體“甩尾”產(chǎn)生的峰值力略大于頭車沖撞防護(hù)墻產(chǎn)生的峰值力，但沖角為2.5°時(shí)，第2次峰值力明顯大于第1次峰值力，約為第1次峰值力的1.33倍。沖角低于2.5°時(shí)碰撞力較小，但在2.5°時(shí)碰撞力峰值增大明顯，說(shuō)明沖角大于2.0°后，碰撞強(qiáng)度增大明顯，故沖角達(dá)到一定程度后碰撞危險(xiǎn)系數(shù)明顯增高。

圖11 碰撞時(shí)速200 km不同沖角下碰撞力?時(shí)間曲線

選取時(shí)速200 km，沖角2.0°工況對(duì)加高后的防護(hù)墻進(jìn)行受力分析，與原始高度防護(hù)墻的受力情況進(jìn)行對(duì)比，其總碰撞力和各方向碰撞力如圖13所示。由圖13可知，加高防護(hù)墻后垂直于防護(hù)墻的力(-force)與總碰撞力(resultant force)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)一致且占總碰撞力的主體，說(shuō)明碰撞主要來(lái)自于列車對(duì)防護(hù)墻的垂向撞擊，而其他方向的力較小，加高防護(hù)墻后可有效避免設(shè)備艙端部對(duì)防護(hù)墻的縱向推撞，因而可減輕防護(hù)墻的損壞程度。防護(hù)墻高度的增高改變了動(dòng)車組與防護(hù)墻的接觸位置，增高后的防護(hù)墻能更好地發(fā)揮限位導(dǎo)向作用。

圖12 碰撞時(shí)速200 km不同沖角下碰撞力峰值

圖13 加高防護(hù)墻后時(shí)速200 km沖角2.0°防護(hù)墻受力情況

4.2 動(dòng)車組運(yùn)行姿態(tài)分析

圖14為碰撞時(shí)速200 km時(shí)不同沖角下頭車偏轉(zhuǎn)角隨時(shí)間的變化情況，在計(jì)算時(shí)刻為0.46 s左右，1.0°沖角、1.5°沖角和2.0°沖角工況下的頭車方向已擺正，在計(jì)算時(shí)刻為0.49 s左右，2.5°沖角工況下的頭車方向已擺正，說(shuō)明防護(hù)墻在計(jì)算時(shí)間內(nèi)已將脫軌頭車完全推離，動(dòng)車組頭車與防護(hù)墻碰撞后貼著防護(hù)墻繼續(xù)前行。

圖14 時(shí)速200 km不同沖角下頭車偏轉(zhuǎn)角?時(shí)間曲線

5 結(jié)論

1) 基于Hypermesh/Ls-dyna建立某型號(hào)動(dòng)車組頭車與現(xiàn)用時(shí)速 200 km客貨共線鐵路有砟橋面防護(hù)墻的有限元模型，模擬列車脫軌后與防護(hù)墻碰撞的整個(gè)過(guò)程。通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，列車脫軌后先碰撞防護(hù)墻，在“甩尾”作用下前后發(fā)生兩次碰撞且第二次峰值更大，之后沿防護(hù)墻繼續(xù)向前行駛，防護(hù)墻能夠起到限位和導(dǎo)向的作用，減少了列車脫軌后墜橋的幾率。

2) 碰撞危險(xiǎn)系數(shù)隨動(dòng)車組碰撞速度和沖角的增大而變高，碰撞速度達(dá)到120 km/h時(shí)，防護(hù)墻破損情況嚴(yán)重，動(dòng)車組會(huì)出現(xiàn)輕微爬墻現(xiàn)象，但仍能對(duì)脫軌列車起到限位和導(dǎo)向作用。

3) 加高防護(hù)墻后再次進(jìn)行碰撞仿真計(jì)算，由于車體碰撞部位的改變，車體不易出現(xiàn)爬墻現(xiàn)象，防護(hù)墻破損程度減輕，動(dòng)車組與防護(hù)墻碰撞后沿防護(hù)墻擦撞前行，防護(hù)墻能更好地發(fā)揮限位導(dǎo)向作用，列車碰撞后的運(yùn)行安全性有所提高。

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Study on train-bridge protecting wall collision based on finite element simulation

Lü Siyu1, 2, 3, ZHONG Mu1, 2, 3, LU Zhaijun1, 2, 3, LIU Xiang1, 2, 3

(1. Key Laboratory of Traffic Safety on Track, Central South University, Ministry of Education, Changsha 410075, China;2. Joint International Research Laboratory of Key Technology for Rail Traffic Safety, Changsha 410075, China;3. National & Local Joint Engineering Research Center of Safety Technology for Rail Vehicle, Changsha 410075, China)

The research on protection capability of bridge protecting wall structure is scarce, and the actual vehicle experiment is almost zero. Based on the finite element theory, the model of the collision between the train and the protecting wall on the unballasted track was established by Hypermesh. The process of collision was analyzed and studied by numerical simulation method. After analysis and research, the force and deformation of the protecting wall and the motion character of the train under different speeds and different angles of impact were obtained. The results show that when the train collides with the protecting wall at a lower speed and a smaller angle of attack, the protecting wall is less damaged. When the collision speed is higher and the angle of attack is larger, the protecting wall is more damaged, and the train has a slight climbing phenomenon. But it can still play a role of limiting guidance for derailed trains. After the protecting wall is raised, the collision model under the relevant working conditions is established for simulation calculation. It is found that the increased protecting wallcan effectively inhibit the train from climbing the wall by analyzing the collision process, the impact force, the deflection angle and the speed. The train has better running stability.

train; protecting wall; finite element simulation; collision process

10.19713/j.cnki.43?1423/u. T20190725

T270.2

A

1672 ? 7029(2020)01 ? 0008 ? 08

2019?08?17

魯寨軍(1975?)，男，湖南醴陵人，教授，博士，從事軌道車輛結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)研究；E?mail：qlzjzd@csu.ed.cn

(編輯 陽(yáng)麗霞)