在轨道交通建设不断取得卓越成绩的同时,高速列车安全越发受到突出重视。铁路运营在一个相对独立、封闭的空间,发生事故的概率虽微小,一旦发生事故,将会导致列车车体的破坏,从而造成旅客伤亡及经济损失。本文以高速列车车体为研究对象,以实现车体的结构被动安全预测为目的,考虑车体加工制造产生的焊接残余应力和车体材料的应变率效应等实际因素对于高速列车结构在碰撞中的结构变形、能量变化的影响,对提高耐撞性分析效率和安全性预测精度具有重要意义。本论文依托科研项目《基于可控应力场的高速列车被动安全预测技术与应用研究》,主要完成了以下工作:(1)首先通过理论分析得到显式计算中不同的初始条件在有限元理论上的区别,并通过仿真对比不同的隐式-显式数据传递方法对碰撞仿真的影响。通过车体局部侧墙结构焊接仿真算例得到焊接初始结果数据,采用几种不同的初始数据传递方法将焊接仿真结果引入至碰撞仿真模型,对比了仅引入初始变形、仅引入初始应力以及同时引入初始变形和应力三种不同方法对于碰撞仿真响应的影响,结果表明初始应力对于结构碰撞的变形模式和吸能影响更大,因此在考虑焊接因素对耐撞性的影响时可以主要考虑引入残余应力。(2)调研相关文献统计车体上各个位置的焊接接头数量及结构类型,对搭接、对接和T型三种典型焊接接头进行焊接数值仿真计算,对比分析不同的焊接接头形式的残余应力分布规律,简化拟合得到一种二维尺度的铝合金MIG焊接残余应力模型,实现以调用函数的方式对目标结构进行初始应力场加载。并针对所研究的车体碰撞模型与焊接接头模型网格不匹配的问题,提出适用于整车加载残余应力场模型的工程方法。(3)通过霍普金森杆(SHPB)材料动态力学试验,研究了车体铝合金材料在不同应变率下的力学行为,根据标准《金属材料高应变速率室温压缩试验方法》制备试验试样。利用二波法得到铝合金材料在不同应变率下的变化规律,将实验所得的不同应变率下的应力应变曲线,按照Johnson-Cook模型进行拟合。建立SHPB的有限元仿真模型,结合有限元和试验对比分析三种不同应变率下的实验数据与仿真波形,验证了拟合得到的模型能有效地表征铝合金的动态力学行为。(4)根据EN15227确立了相关评价参数,并分别将基于试验-仿真得到的Johnson-Cook动态本构模型和基于典型焊接接头仿真得到的焊接残余应力简化模型导入所建立的对撞场景中,建立了进行高速列车车体结构耐撞性分析评估的头车对撞场景。通过分析高速列车碰撞过程中的纵向响应、垂向响应、速度和碰撞力变化及能量耗散过程等方面,发现考虑材料应变率效应后车体的变形吸能更加合理,更接近实际情况。通过对比分析是否考虑焊接残余应力的车体碰撞响应过程,结果表明车体焊接残余应力降低了车体的耐撞性性能,使得车体应力、垂向位移、乘员区加速度均产生了显著变化。图49幅,表7个,参考文献60篇。