碰撞事故车辆车体结构破坏分析

碰撞事故车辆车体结构破坏分析

张映雪

青岛四方川崎车辆技术有限公司山东青岛266000

摘要：针对2015年3月25日发生在城市轨道交通车辆碰撞事故，通过对事故车辆车体的结构破坏进行调查，拼接还原事故车厢的最终状态。车体结构破坏调查分析的研究结果表明:在复杂事故地形和钩缓系统引导的共同作用下，各节车厢发生了一系列相互错位的碰撞。事故车辆车体结构破坏的位置主要集中在驾驶室框架、底架、侧墙和端墙等模块连接处。由于驾驶室框架与底架连接处的失效，在与河道接触碰撞过程中，驾驶室内部空间被入侵约50cm。第二节车厢是事故中变形破坏最严重的车厢，其紧邻头车的I端位纵向压缩量约为30cm、垂向变形约为10cm;与第三节车碰撞的II端位纵向压缩量约为40cm，并在侧墙出现长约28cm的裂纹。事故中涉及的全自动车钩和半永久车钩部分压溃，起到了一定的吸能作用。

关键词：城市轨道交通;车辆;车体结构;碰撞事故;结构破坏

引言

在交通事故中，行人是道路使用者中的弱势群体。据世界卫生组织统计，我国行人死亡人数占交通事故死亡人数的26%，而美国仅占11%，德国为14%。由此可见，我国在行人安全方面与发达国家还存在较大的差距。尽管近年来，国内汽车安全标准法规频频出台，安全系统的装车率也很高，但这些主要是集中在车内乘员的保护方面，涉及行人保护的领域仍然较少。因此通过研究我国行人事故的特点、行人的损伤机理和防护技术，制订相关的技术法规以促进地铁安全性设计的改进，具有重要的经济和社会意义。而在地铁-行人碰撞交通事故中，行人最易受伤的部位为头部和下肢，所占比例分别为31.3%和32.4%。头部损伤通常是造成人员死亡的主要原因，而下肢创伤往往是交通事故中人员致残的主要因素。

1重建分析方法

研究方法采用PC-Crash模拟计算获得事故中车辆的运动过程，再结合MADYMO软件计算得到行人在事故中的生物力学响应和载荷。PC-Crash是采用动量冲量法的事故再现软件。可根据碰撞车辆的参数、事故现场道路环境参数、碰撞前后车辆的行驶方向和最终位置、制动痕迹和运动参数等信息重构事故过程。运用PC-Crash模拟车辆运动，乘员的质量是作为额外的质量加入车体中的。通过仿真的动态响应结果与事故采集到的信息作对比以确定碰撞车速及行人初始姿态行走速度等信息。以PC-Crash获得的车体和人的动态信息作为边界条件，利用MADYMO输出的人体动态响应及人身体主要部位的加速度曲线对行人的头部及腿部进行相关的损伤研究，研究方法流程如图1所示。

图1研究方法流程图

2中间车结构变形破坏分析

在撞击河道后，YZ0211车体停止运动，但后继5辆车仍具有相当大的动能，进而发生了一系列的连续碰撞。YZ0212车体端墙与翘起的YZ0211车尾端底架碰撞，如图2所示。在后继车辆的连续冲击力作用下，YZ0212车体侧墙也跟随端墙发生严重屈曲变形，端墙的纵向压缩量约为30cm，底架垂向变形量约为10cm。YZ0213车体在制动过程中，受到地形与钩缓结构引导发生爬车趋势，其底架嵌入前车YZ0212车体端墙，YZ0212车体端墙纵向压缩约40cm(见图3)，车厢侧墙发生断裂，裂纹长度约为28cm。这种爬车现象让车厢变形主要集中在端墙、侧墙、底架和顶棚等模块的连接处。这种车辆之间的错位碰撞现象，对中间车车体造成了严重的破坏。将这种现象简化为采用完全重叠工况和垂向偏移工况的静载试验，并通过试验研究表明，相比于完全重叠工况，垂向偏移工况下，车体的抗压缩能力下降了60%，在相同变形情况下的能量吸收也大大减少。点焊工艺的抗剪切能力高于抗拔拉能力。YZ0212车体侧墙与底架的连接在母材已经出现裂纹的情况下，焊点只发生了少数的剪切失效(见图3d))。而在YZ0213车体端墙与顶棚的连接位置，点焊受到拔拉方向的力而发生变形，发生大面积的焊点拔拉失效(见图3f))。YZ0212车体在端墙受到后车底架冲击后，端墙外蒙皮与底架连接的塞焊剪切失效(见图3e))。碰撞结束时，YZ0214车体后半部分停留在高为0．5m的轨道上，其前半部分与YZ0213车体相撞。由于两节车厢位于整列车的中间位置，发生碰撞时的动能相对较小，仅仅在顶棚与端墙连接处发生了小面积的塑性变形(见图4)。

图2 YZ0211车体与YZ0212车体撞击后的变形照片

图3 YZ0212车体与YZ0213车体撞击后的变形照片

图4 YZ0213车体与YZ0214车体撞击后的变形照片

3仿真参数输入及结果分析

在PC-Crash软件库中调用道路、车辆和半刚性护栏模型，依据事故现场信息修改参数，使得模型与真实道路、车辆和护栏尽可能相符，输入车辆重心位置、车辆与护栏碰撞位置等初始参数，在不考虑参数权重的情况下调整各个仿真参数，仿真效果与实际事故情况相差较大，也增加了车辆碰撞护栏后继续行驶角度及车辆停止位置等的误差，。若依据前面得到的参数权重有针对性地优先调整敏感性较强的参数，微调敏感性较弱的参数，则能够在较短时间内得到与实际事故情况大致符合的仿真效果，如图6所示，由于车辆碰撞护栏后继续行驶角度的误差值控制在5%左右，故在误差允许的范围内认为利用PC-Crash软件对车辆护栏碰撞全过程的仿真结果合理，表明了前面对于仿真参数敏感性的研究有助于提高仿真的准确度。本文基于PC-Crash软件的仿真支持，主要运用控制变量法、单因素参数敏感性分析法和正交试验法实现了对车辆护栏碰撞事故仿真参数的筛选和敏感性分析，得到了对车辆护栏碰撞事故仿真影响较大的12个参数及权重排序：车辆偏向角PSI>车辆重心到前轴距离s>碰撞点位置Y>护栏单元f连接中心高度h>车辆重心位置y>车辆空重w>车辆重心高g度h>路面附着系数μ>车辆初速度v>车辆最大减速度v>碰v0m撞点位置X>车辆重心位置x，不仅扩充了交通事故微观分析理论基础，为单车事故预警算法选取及护栏结构设计优化提供参考，也为交通部门微观分析与处理车辆护栏碰撞事故提供了技术支持。

图6

结语

1)该次事故中，车体结构破坏的位置主要集中在驾驶室框架、底架、侧墙和端墙等模块的连接处。驾驶室框架在与河道接触碰撞过程中与底架的连接失效，驾驶室内部空间被入侵约50cm。2)在复杂的事故地形和钩缓系统的共同影响下，各节车厢在冲击力作用下发生了一系列相互错位的碰撞。车体破坏表现为塑性变形与多种形式的韧性断裂。YZ0212车体是事故中变形断裂最为严重的车厢，其紧邻头车YZ0211的I端位纵向压缩量约为30cm，垂向变形约为10cm;与YZ0213车体碰撞的II端位纵向压缩量约为40cm，并在侧墙出现长约28cm的裂纹。3)事故中涉及的全自动车钩和半永久车钩在碰撞过程中部分压溃，起到了一定的吸能作用。半永久车钩在事故中由于垂向的力矩与底架发生碰撞。

参考文献

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