敖建安，徐元志，陈秉智

(1.中车大连机车车辆有限公司，辽宁 大连 116028;2.大连交通大学 机车车辆工程学院，辽宁 大连 116028)*

进入21世纪以来，经济发展较好的大城市已经将城市轨道交通作为发展的重点[1].到2017年底，中国内地拥有地铁系统的城市有34座，总运营里程达到了5 053 km，新增运营里程超过800km[2-3].地铁运能大、速度高等特点也导致碰撞事故中人员伤亡严重，列车的被动安全防护问题研究有非常重要的现实意义与工程应用价值[4].

有限元分析的优点是可以获得碰撞后的结构变形和应力，缺点也很明显：由于碰撞元件的材料与几何的强非线性和接触计算搜索等因素，被动安全系统设计与耐碰撞性能评价都需要很长时间，这违背了企业在车辆概念设计和方案设计中快速有效的要求.而多刚体动力学在列车系统运动学和动力学分析中具有很强的优势，但碰撞接触部位的变形及其非线性刚度等无法准确计算[5-7].因此本文提出联合非线性有限元和多刚体动力学的方法，在设计的初始阶段进行钩缓装置的快速匹配优化，从而保障列车被动安全.

1 联合设计仿真的方法及流程

本文采用多刚体动力学和非线性有限元协同仿真分析列车中低速碰撞的安全性.首先通过撞击刚性墙获得到车体结构的力-变形特性，然后采用多刚体动力学方法，通过力元模拟来实现各节车辆之间的连接，将车体结构和钩缓装置的力-变形特性作为力元的刚度曲……