(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210797795.8 (22)申请日 2022.07.08 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 彭勇　邓功勋　高广军　姚松　 谢素超　许平　姚曙光　 (74)专利代理 机构 湖南盈奥知识产权代理事务 所(普通合伙) 43282 专利代理师 姚瑶 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种轨道车辆简化模 型的构建方法、 碰撞模 拟方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种轨道车辆简化模型的构 建方法、 碰撞模拟方法及系统， 该构建方法以精 细化模型为参照构建简化模型， 将车厢中间部位 的车体设置为实心单壳结构， 两端部位设为中空 双壳结构， 并设置若干组简化模 型的厚度简化比 以及设计纵向碰撞工况、 横向碰撞工况， 进而在 每一类碰撞工况下再对精细化模型以及每一组 厚度简化比下的简化模型进行碰撞仿真得到各 自的碰撞响应曲线； 然后， 基于简化模型和精细 化模型的碰撞响应曲线采用CORA评价法计算出 每个简化模型对应的总CORA值； 最后从总CORA值 高的简化模 型中选择出最优的简化模 型。 本发明 构建的简化模型既适用于复杂列车事故场景的 碰撞动力学响应分析也适用于乘员二次碰撞损 伤研究。 权利要求书3页 说明书11页 附图10页 CN 115169001 A 2022.10.11 CN 115169001 A 1.一种轨道车辆简化模型的构建方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1： 基于轨道车辆的三维结构采用有限元技术， 构建轨道车辆的精细化模型和简化 模型； 其中， 所述简化模型是将车厢中间部位的车体设置为实心单壳结构， 两端部位设为中 空双壳结构； 步骤2： 参照所述精细化模型对所述简化模型进行初步设置， 包括设置材料、 力学性能 参数以及质量 点； 步骤3： 进一步设置不同厚度简化比得到若干组简化模型、 以及设计纵向碰撞工况、 横 向碰撞工况， 并在每一类碰撞工况下对所述精细化模型以及每一组厚度简化比下的所述简 化模型进行碰撞仿真得到各自的碰撞响应曲线； 其中， 所述厚度简化比为同一位置上所述简化模型的实心单壳厚度与 所述精细化模型 的中空双壳的厚度间距之比； 步骤4： 基于所述简化模型和所述精细化模型的碰撞响应曲线采用CORA评价法计算出 每个厚度简化比的所述简化模型对应的总CORA值； 其中， 基于所述精细化模型以及每个厚度简化比的所述简化模型在同一碰撞工况下的 碰撞响应曲线计算出对应每个厚度简化比的简化模 型在每个碰撞工况下得到的C ORA值， 再 对所有碰撞工况 下的CORA值进行加权计算得到每 个厚度简化比的简化模型的总CORA值； 步骤5： 将所述总CORA值作为选择依据， 从所述总CORA值最高的n组简化模型中选择出 最优简化模型， 其中， n的取值范围为2 ～5。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 针对简化模型， 若存在共节点， 中空双壳结 构的两端部位与实心单壳结构的中间部位之间的网格通过共节点连接； 若不存在共节点， 中空双壳结构的自由端通过刚性梁单 元连接实心单壳结构。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述碰撞响应曲线至少包括： 压缩量 ‑时间 曲线、 碰撞力 ‑时间曲线； 其中， 若存在2个或2个以上的碰撞响应曲线， 任一个厚度简化比的简化模型在任一个 碰撞工况下得到的CORA值是每类碰撞响应曲线下所述简化模型在所述碰撞工况下的CORA 值的加权平均值。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于： 所述碰撞响应曲线还包括： 碰撞动能 ‑时间 曲线、 内能 ‑时间曲线、 加速度 ‑时间曲线中的一个或多个。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 针对一类碰撞响应曲线， 任一个厚度简化 比的简化模型在任一个碰撞工况 下的CORA值按照如下公式计算得到： C＝w1C1+w2*C2 C2＝w2a*C2a+w2b*C2b+w2c*C2c 式中， C表示CORA值， w1、 w2、 w2a、 w2b、 w2c均为权重因子， w1、 w2求和等于1， w2a、 w2b、 w2c求和等 于1， C1为通道相关性评分， C2为互相关评分， C2a为相位差异评分、 C2b为峰值差异评分， C2c为 斜率差异评分。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特 征在于： 所述 通道相关性评分C1的获取过程如下： 基于所述精细化模型的碰撞响应曲线生成两个信号通道， 分别为内部通道和外部通 道；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115169001 A 2基于所述简化模型的碰撞响应曲线与所述两个信号通道的位置关系计算出所述通道 相关性评分C1； 其中， 若所述简化模型的碰撞响应曲线在内部通道边界内， 则所述通道相关性评分C1为 1； 若所述简化模型的碰撞响应曲线在外部通道的外部边界， 则所述通道相关性评分C1为 0； 若所述简化模型的碰撞响应曲线在内、 外部通道之间， 则按照如下公式计算出所述通 道相关性评分C1： 其中， k>0且∈N 其中， δ0(t)为外部通道的边界， δi(t)为内部通道的边界， y(ti)为参考曲线， 即精细化 模型的碰撞响应曲线； x(ti)为评估曲线， 即简化模型的碰撞响应曲线； Ci为不同时间步的评 分， i表示第i个时间步， k 为通道相关性评分的指数因子， N表示实数。 7.根据权利要求5所述的方法， 其特 征在于： 所述互相关评分C2的获取过程如下： 首先， 在评估区间[tmin,tmax]内通过改变时间步长Δt的倍数来移动参考曲线， 并每改 变一个时间步， 均计算参考曲线和评估曲线之 间的互相关值； 其中， 所述参考曲线为精细化 模型的碰撞响应曲线， 所述评估曲线为简化模型的碰撞响应曲线； 然后， 在最大互相关的时间步 处计算所述参考曲线和评估曲线之间的相位差异评分C2a 和斜率差异评分C2c， 以及计算峰值差异评分C2b。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于： 步骤5中选择 出最优的简化模型的过程 为： 依据每个厚度简化比的简化模型的总CORA值， 从所述总CORA值最高的n个简化模型中 选择出与精细化模块的碰撞变形模式相似度最高的简化模型作为 最优的简化模型。 9.一种基于 轨道车辆简化模型的乘员二次碰撞模拟方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1： 根据权利要求1 ‑8任一项所述的构建方法构建目标轨道车辆的简化模型； S2： 利用所述简化模型模拟所述目标轨道车辆内的实际内饰场景和乘员场景， 并进行 碰撞仿真得到 碰撞仿真结果。 10.一种基于 权利要求1 ‑8任一项所述方法的系统， 其特 征在于： 包括： 建模模块， 用于基于轨道车辆的三维结构采用有限元技术构建轨道车辆的精细化模型 和简化模型； 其中， 所述简化模型是将每节车厢中间部位的车体设置为实心单壳结构， 两端部位设 为中空双壳结构； 设置模块， 用于参照所述精细化模型对所述简化模型进行初步设置， 包括设置材料、 力 学性能参数以及质量点； 以及设置模块还用于进一步设置不同厚度简化比得到若干组简化 模型； 碰撞仿真模块， 用于设计纵向碰撞工况、 横向碰撞工况， 并在每一类碰撞工况下再对所 述精细化模型以及每一组厚度简化比下的所述简化模型进行碰撞仿真得到各自的碰撞响权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115169001 A 3