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随着城市化进程的加快以及我国铁路的全面提速,如何提高高速列车运行安全性,减小事故损失,实现现代车辆以人为本的设计思想,最大限度的减少司机和旅客在事故中的伤亡,成为轨道车辆研发的热点课题之一。本文以CRH3动车组为载体,应用碰撞仿真软件PAM-CRASH和多学科协同优化软件iSIGHT进行碰撞数值模拟分析和吸能结构优化,得到CRH3动车组在大变形碰撞时的变形模式及乘员身体的受力和加速度情况,并对动车组的吸能结构进行评估及最优设计,实现车辆的被动安全保护和耐撞性优化设计。首先,根据CRH3动车组的结构特点,建立适用于高度非线性碰撞的有限元模型,从头车撞刚性墙、两车对碰以及两车连挂三个工况分别做碰撞仿真,根据仿真结果分析车身主要部件的变形规律、车与车之间的吸能情况、撞击力、撞击作用时间、以及各车的速度、加速度等一系列参数的变化规律,提出改进方案。其次,对头车撞刚性墙、两车对碰两个工况分别安装吸能结构进行碰撞仿真,从碰撞时的变形程度、速度、加速度、碰撞能量和碰撞力等方面与不加吸能结构时进行比较,分析吸能结构对车体的影响,为吸能结构的设计提供建议。再次,建立相对精确的车钩-缓冲装置-连挂系统的数值仿真模型,分别对CRH3动车组使用铰接连接和半自动车钩连接,分析比较碰撞过程中这两种连挂装置的变形、速度、加速度、碰撞能量和碰撞力等参数,为企业提供理论依据。第四,在动车组中加入假人模型,通过数值仿真,参照美国联邦机动车安全法规(FMVSS)和欧洲标准(ECE和EEC),对假人模型各伤害指标进行评价,提出碰撞时人体造成伤害的关键因素,为人员安全设计提供依据。最后,将多学科协同优化软件iSIGHT与PAM-CRASH集成,基于序列二次规划法DONLP和混合整型法MOST两种优化算法,在尽可能降低车体质量并保证人员安全的前提下,确定合理的吸能结构参数,以吸收足够的撞击能量,保证人员的安全。