北京交通大学李强教授团队：铁路机车车辆耐撞性研究现状 | CJME论文推荐

引用论文

Yang, C., Zhang, L., Lu, Y. et al. State of the Art Review on the Crashworthiness of Railway Vehicles. Chin. J. Mech. Eng.38, 119 (2025). https://doi.org/10.1186/s10033-025-01287-7

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关于文章

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研究背景及目的

列车的耐撞设计与车辆自身的结构特性密切相关。铁路车辆通常配备有可恢复型和不可逆型的能量吸收装置，其中低速碰撞时主要依靠特定的车钩缓冲器来吸收能量。列车耐撞性能同时受到车辆自身特性、运行速度、车辆结构、轨道条件及运行环境等多种因素的共同影响。被动安全技术旨在降低碰撞事故造成的人员伤亡和财产损失，尽管无法完全避免碰撞事故的发生，但可有效减轻事故后果。被动安全技术具有两方面的重要意义：一方面可以保障司乘人员的安全，减少事故带来的社会影响，具有良好的社会效益；另一方面可以为车辆的耐撞设计提供指导，提高轨道车辆的被动安全性能。

图1 机车车辆分级吸能特性

02

主要内容

本文从材料、吸能结构、列车碰撞仿真及实验研究等多个方面，综述了铁路车辆耐撞性研究的最新进展。首先介绍了铁路车辆中的可恢复和不可逆能量吸收装置，明确了金属与非金属材料在能量耗散过程中的关键作用。车辆端部的薄壁结构是列车碰撞时主要的能量吸收装置，具体包括压溃管、吸能盒、可变形防爬器和车辆端部结构等。数值仿真和实验是研究列车碰撞的常用方法，其中数值仿真主要包括有限元方法和多体动力学方法。此外，本文对国内外列车碰撞试验研究进行了系统的综述与分析。

图2 薄壁蜂窝结构(a)墨鱼骨蜂窝结构(b)三种蜂窝结构(c)串联式蜂窝结构(d)串联面心层级蜂窝结构

图3 泡沫填充薄壁结构(a)泡沫填充与蜂窝填充结构(b)泡沫填充式吸能盒(c)泡沫填充CFRP锥形吸能管

03

结果

列车耐撞性研究的主要目标是减轻列车乘员在事故中的伤害，降低碰撞事故的严重后果。依据碰撞能量管理的理念，三级吸能方案在铁路车辆中得到广泛应用，相关吸能装置包括带缓冲器的车钩、防爬器、附加吸能器和车辆端部结构等。准确建立两列相撞列车的动力学模型，是研究列车碰撞动力学的基础。铁路车辆的吸能结构具有较高的峰值挤压力，且沿压溃行程存在波动，防爬器应具备足够的抗弯强度，否则结构的弯曲变形会导致能量吸收能力显著下降。为了准确预测碰撞行为，模型中应考虑可恢复和非可逆两类吸能装置，例如由气液缓冲器与塑性梁组成的车钩模型，其气液缓冲器的迟滞特性对三级吸能过程尤为重要。

图4 中国列车碰撞试验(a)中南大学整车冲击试验台(b)中车四方公司冲击试验台(c)中车长客公司冲击试验台(d)全尺寸列车对撞试验

04

结论

本文综述了列车碰撞研究的最新进展与趋势，包括能量耗散方法、能量吸收材料和结构、仿真方法与实验研究。当前研究已在吸能装置、碰撞动力学建模和实验方面取得了显著成果。

关于团队

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团队带头人介绍

李强，男，1963年出生，博士，教授。1995年至今一直在北京交通大学机械与电子控制工程学院工作，主要研究方向为结构疲劳断裂及可靠性。现为北京交通大学结构强度检测实验室常务副主任。目前担任交通运输教学指导委员会机车车辆及运用工程教学指导组成员，全国可靠性学会理事和铁道车辆委员会委员，《北京交通大学学报》编委。

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第一作者介绍

杨超，博士/副教授，德国亚琛工业大学访问学者，现为北京交通大学机电学院轨道车辆系副主任。主要研究方向为轨道车辆动力学和列车被动安全，发表科技论文三十余篇，获省部级科技进步一等奖2项。依托轨道车辆结构可靠性与运用检测技术教育部工程研究中心，参与列车碰撞安全关键技术及应用项目并获得2021年四川省科技进步一等奖。车辆工程国际化人才培养核心骨干教师，为肯尼亚、泰国和马来西亚等一带一路沿线国家培养轨道车辆国际化人才。

责任编辑：恽海艳

责任校对：向映姣

审 核： 张 彤

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