铁路客运列车耐冲击吸能车体 本发明涉及铁路客运列车，尤其是动力集中型动车组的动车和拖车、动力分散型动车组的端车和中间车车体。
现有列车车体在遇到撞车事故时，由于车体端部结构强度大，中部载人区结构相对弱，在承受撞击时，车体端部结构不能有序、可控地产生大变形，强大的撞击力迅速传递至中部结构，在强结构和弱结构交结处首先发生塑性大变形，使中部载人区被破坏，导致乘员伤亡。
本发明的目的在于克服现有客车车体的缺陷，而提供一种耐冲击吸能的客运列车车体，它能够将列车碰撞时产生的巨大的冲击动能转化为车体非载人区的变形能，为乘员提供足够的安全空间，减少撞车事故造成的损失，提高列车的被动安全保护功能。
本发明的技术方案是，将车体的结构设置为两端部分与中部部分，两端部分即非载人区为产生塑性变形的吸能结构，中间部分是载人区或机器间为产生弹性变形的弹变结构。
列车车体的两端部分是吸能结构为A和A或E和F，中间部位为弹变结构B。
吸能结构A或F位于车体外端至枕梁之间；吸能结构E位于流线型司机室控制台前方，弹变结构B位于两枕梁之间，是以底架、侧墙、车顶各梁件形成封闭地组合框架。
端部吸能结构A、E、F按照一级或两级或多级纵向刚度设置。
对吸能结构主要为承载吸能结构，需要时设专用吸能结构梁件，如六方格铝蜂窝状结构。
对原有结构中的承载吸能结构，改变牵引梁和边梁板结构厚度、在其腹板或翼板上开孔、调整牵引梁和边梁结构的纵向刚度。
对在端部底架上沿纵向或横向布置承载吸能梁件，可采用开孔箱形结构——腹板或上下盖板开孔或开设有应力集中槽的箱形结构——腹板或上下盖板开设；腹板为波浪形的薄壁箱形结构、锥形薄壁箱形结构、薄壁直圆管，阶梯式变截面圆管中的一种或多种的组合。
车体的吸能结构A或F布置在车体外端至车体底架枕梁之间，为了使端部结构在撞击发生时能够有序、可控地产生塑性大变形，结构按照一级或两级或多级作纵向刚度设置。对原有端部结构吸能结构部位A或F的承载结构牵引梁1进行设计，调整板的厚度、在其腹板或翼板上开孔，改善牵引梁1、边梁3的纵向结构刚度，以控制结构产生塑性变形的部位和顺序。为提高端部结构吸收冲击动能的能力，在端部底架上沿纵向或横向布置各种结构形式的承载吸能梁件。弹变结构B位于车体两端枕梁内侧，是以底架、侧墙、车体各梁件形成封闭的组合框架。
吸能结构E布置在流线型司机室控制台前方区域内，按照一级或两级或多级作纵向刚度设置。为了使端部结构在撞击发生时能够有序、可控地产生塑性大变形，对原有端部结构即吸能结构部位E的承载结构牵引梁1、边梁3进行设计，改变板的厚度、在其腹板或翼板上开孔，改变牵引梁1、边梁3的纵向结构刚度，以控制结构产生塑性变形的部位和顺序。为提高端部结构吸收冲击动能的能力，在端部底架上沿纵向或横向布置各种结构形式的承载吸能梁件。弹变结构B位于车体两端枕梁内侧，是以底架、侧墙、车体各梁件形成封闭的组合框架。
对于在端部底架上设置的承载吸能梁件，采用有利于控制结构产生大变形的多种结构形式，如采用开孔箱形结构即腹板或上下盖板开孔，开设有应力集中槽的箱形结构即腹板或上下盖板开设、腹板为波浪形的薄壁箱形结构、锥形薄壁箱形结构、薄壁直圆管，阶梯式变截面圆管等。为了进一步增加端部结构吸收的冲击动能，还设置由特殊材料制成的具有特殊结构形式的专用吸能元件，如六方格铝蜂窝状结构等。
本发明耐冲击吸能车体与现有的技术相比，它的优点如下：
1.从图8接触面上撞击作用力和车体变形关系曲线显示，降低了车体结构在产生塑性变形前的撞击力峰值FA，从而减小了车体的撞击瞬态加速度；提高了端部吸能结构产生塑性变形的初始撞击力FB直至变形过程中的撞击力FC，即增加了吸能面积，在有效的变形行程内提高了车体结构吸收能量；端部吸能结构的塑性变形终结撞击力FD及以后的作用力均在中部结构能承受的范围内，这样，当冲击力传递到车体中间部分时，中间部分仅产生弹性变形，车体发挥了耐冲击吸能的作用。
2.当列车在正常运行时，车体有足够的强度和刚度，在车体结构方面保证列车运行安全；当列车发生碰撞事故时，车体非载人区域能有序地发生塑性大变形，吸收较多的冲击动能，有效地降低撞击减速度，车体载人区仅产生弹性变形，减少了撞车事故造成的损失。
下面结合附图作进一步的描述：
图1为本发明客车、动力集中型动车组的拖车、动力分散型车组的中间车体结构示意图。
图2为图1的车体底架结构俯视图。
图3为图2的剖视图。
图4为本发明动力集中型车组的动车、动力分散型动车组的端车车体结构俯视图。
图5为图4的车体底架结构示意图。
图6为图5的剖视图。
图7为本发明动力集中型车组的动车、动力分散型动车组的端车车体的三维结构示意图。
图8为本发明耐冲击吸能车体接触面上撞击作用力和车体变形关系曲线图。
图1、图2、图3描述了客车、动力集中型动车组的拖车、动力分散型动车组的中间车体及其底架的结构，其特征在于：
车体的吸能结构A分两级，A1从车体外端部a至内墙b；A2为内墙b至牵引梁1小截面c处；在两级吸能结构之间及吸能结构与缓冲结构之间都设有封闭框架结构；弹变结构B是以底架、侧墙、车体贴各梁件形成封闭的组合框架。
牵引梁1与纵向吸能梁2之间布置横梁3；吸能梁2为箱体结构，其上下盖板开有孔，安装在车体两端部底架上。
如图1所示，车体的吸能结构A为两个端部的非载人区(通过台、厕所)，吸能结构A1从车体外端部a至内端墙b，为了降低结构在产生塑性变形前的撞击力峰值，减小车体的撞击瞬态加速度，其纵向刚度设置的比较弱，在列车发生碰撞瞬间，吸能结构A1迅速产生塑性大变形；吸能结构A2为内端墙b至牵引梁1小截面c处，其纵向刚度设置比A1大，主要是在有效的变形行程内提高结构吸收的能量；为了使撞击力在传递至中部时迅速下降到中部结构B承受范围内，将牵引梁1小截面c处至枕梁部位d设置为缓冲结构，其刚度略大于A2吸能结构。在两级吸能结构之间及吸能结构与缓冲结构之间都设有封闭框架结构，以控制端部结构的有序变形。
如图2、图3所示，端部吸能结构主要由牵引梁1和纵向吸能梁2组成。为了控制端部结构在撞击过程中按顺序产生叠缩方式的变形，在牵引梁1上沿纵向开圆孔，以适当削弱牵引梁1结构的纵向刚度，利用结构在开孔截面处的应力集中效应，撞击时，开孔处的两侧壁首先迅速产生皱褶，形成塑性铰；纵向吸能梁2布置在端部底架上，为箱形结构，其上下盖板开有圆孔，开孔位置与牵引梁1的开孔位置相对应，以保证变形协调。同时在纵向吸能梁2与牵引梁1之间还布置有横梁3，以控制底架变形的顺序。
车体的弹变结构B为中间部位的载人区。对弹变结构按照“薄壁筒形结构整体承载”的方式进行设计；使底架、侧墙、车顶各梁件形成封闭的组合框架，以提高整体的承载能力。
图4、图5、图6、图7描述了动力集中型动车组的动车、动力分散型动车组的端车车体及底架的结构，其特征在于：
吸能结构E分三级，E1从底架端部至底架边梁3的前端，E2从底架边梁3前端至第2根横向补助梁4，E3从第二根横向补助梁4至止挡梁5，设置在牵引梁1的变截面处；在每级吸能结构之间有封闭框架。
吸能结构E主要是在牵引梁1、边梁3和吸能梁2之间设置横向补助梁4，并且设置了由止挡梁5、司机室侧墙立柱6、窗上弯梁7组成的止挡结构牵引梁1上没有开孔；吸能梁2的上下盖板开孔，边梁3腹板开孔。
如图4所示，吸能结构E和F布置在车体的两端，车体两个端的吸能结构E和F不同，而吸能结构F和中间弹变结构B与前述的车体吸能结构A和中间弹变结构B相同。
如图4、图7所示：吸能结构E在流线型司机室控制台前方，吸能结构E分三级，吸能结构E1从底架端部至底架边梁3的前端，其纵向刚度最小，这样有效降低初始撞击力峰值，减小车体撞击瞬时的加速度；为了提高结构吸收冲击动能能力，吸能结构E2从底架边梁3前端至第2根横向补助梁4，设置得比较长，其结构刚度大于吸能结构E1的刚度；吸能结构E3从第二根横向补助梁4至止挡梁5，设置在牵引梁1的变截面处，其作用是将吸能结构和弹变结构之间的纵向刚度平缓过渡，在前两级结构变形完成后开始产生塑性大变形。在每级吸能结构之间有封闭框架，保证车体端部产生有序变形和稳定的变形模式。
如图5、图6所示，吸能结构E主要由牵引梁1、纵向吸能梁2和边梁3组成，由于牵引梁1既是吸能结构，又是承载结构，通过车体静强度分析，牵引梁上1没有开孔；纵向吸能梁2采用上下盖板挖孔的形式，左右边梁3采用腹板挖孔的形式，以控制车体在撞击时的变形；为了协调边梁3、牵引梁1和纵向吸能梁2能够沿纵向有序地产生叠缩变形，在牵引梁1、边梁3和牵引梁1之间设置横向补助梁4。同时为了保证纵向吸能梁2产生预期的变形，中部弹变结构不发生塑性变形，设置了止挡结构，它由止挡梁5、司机室侧墙立柱6、窗上弯梁7组成，如图7所示。