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“3.16”地震日本列车脱轨事故有限元模拟尝试

转载:陆新征课题组  2022/3/20 22:00:00  19
内容简介:东京时间3月16日晚11时30分左右,由于地震影响,日本东北新干线列车出现脱轨事故。所幸乘客和机组人员并未受伤。因为本文作者对该问题深感兴趣,故对本事故进行了一些分析。由于事故刚刚发生,且信息尚不完善,本文尝试用有限元方法模拟此类事故的可能性,采用了尽可能的简化,一定存在许多错误之处,请各位专家批评指正。 图1 (图片来源:日本广播协会NHK)01MSC.MARC 有限元模型分析根据资料,列车并非......

东京时间3月16日晚11时30分左右,由于地震影响,日本东北新干线列车出现脱轨事故。所幸乘客和机组人员并未受伤。因为本文作者对该问题深感兴趣,故对本事故进行了一些分析。由于事故刚刚发生,且信息尚不完善,本文尝试用有限元方法模拟此类事故的可能性,采用了尽可能的简化,一定存在许多错误之处,请各位专家批评指正。


图1 (图片来源:日本广播协会NHK)

01

MSC.MARC有限元模型分析

根据资料,列车并非在高速运行时发生了脱轨,而是在“几乎停止”的情况下发生了脱轨。因此本文为了简化起见,计算列车在静止状态下受地震作用的响应。本文基于MSC.MARC通用有限元软件,建立了一个简化的列车模型(图2),在列车静止状态开始动力工况模拟。


图2 模拟的列车模型

输入的地震动为本次地震记录到的MYGH10地震动,其X、Y、Z三个方向的加速度时程及反应谱如图3所示。


图3 输入的三向地震时程及反应谱

模拟结果如下


图4列车脱轨模拟动画


图5 脱轨车轮

从结果可以看出,列车在静止情况下受地震作用也发生了脱轨现象。由于地震在三个方向的强烈振动,导致列车车体发生上下左右摇晃,车轮交替跳起,列车出现了脱轨现象。

02

分析与局限性

从上述分析中可见,列车系统在静止状态下受到地震作用,由于本次地震的三向加速度效应很强烈,进而导致车轮跳起引发脱轨现象。

需要指出的是,本文使用的模型非常简单,存在很大的局限性。根据资料,列车在高架桥上发生了脱轨事故,而本模型没有考虑桥梁对地震动的放大作用。另外,本文使用的轮轨接触模型也较为简单。

另外,据说事故中的列车还安装了防脱轨系统,现场附近安装了“防滑轨装置”。这些装置也需要在进一步分析中加入建模。

图6新干线上安装的“防跑偏装置”

最终再说一遍,由于事故刚刚发生,且信息尚不完善,本文主要是尝试用有限元方法模拟此类事故的可能性,采用了尽可能的简化,一定存在许多错误之处,请各位专家批评指正。

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