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地铁是我国城市轨道交通最重要的组成部分之一，位于直线和曲线区段的碰撞是地铁列车目前的主要研究内容，而脱轨情形下的碰撞研究也主要针对工程结构展开，缺少针对地铁列车在脱轨后与隧道的碰撞研究。为此，本文开展了地铁列车隧道脱轨碰撞响应和车辆安全性的研究。
首先，根据地铁列车与盾构隧道的结构特点，建立了包含地铁列车车体、转向架、车钩缓冲装置、管片衬砌、无砟轨道板、轨道及诱导脱轨装置的地铁列车隧道脱轨碰撞非线性有限元模型；设计了3类5个地铁列车隧道脱轨碰撞典型工况，并研究了曲线轨道结构的和列车初始状态参数的设置。
其次，对包含不同影响参数或因素的地铁列车隧道碰撞仿真模型进行计算与分析，结果表明：(1)隧道脱轨碰撞的情形下，由于碰撞角较小，碰撞接触力较小，车体结构塑性变形不明显，且列车碰撞时的动能主要以滑移能的形式耗散；(2)单车工况下，随着隧道半径的减小和车隧摩擦系数的增大，车体碰撞接触力和车体减速度随之增大，碰撞响应越为剧烈；(3)随着编组数量的增加，脱轨车辆数量增加，车辆倾覆角、车钩压缩量和碰撞接触力随之增加，碰撞响应复杂程度明显升高；(4)整编组工况下，随着脱轨速度和诱导脱轨车辆数量的增加，最终脱轨车辆数量呈现增加的趋势，车体减速度随之增大，碰撞总时长和总位移随之减小。
再次，根据5个碰撞工况的仿真计算结果，设计了一种适用于地铁隧道的由波形板梁、防阻吸能块和脚架三部分组成的碰撞吸能装置，并使用回归分析拟合响应计算公式，采用遗传算法对该吸能装置进行了结构优化，得到了碰撞接触力较小、吸能量较大的碰撞吸能装置。
最后，在综合考虑列车设备限界和车体轮廓线的基础上，将优化后的吸能装置应用于隧道结构中，并在6编组、脱轨速度80km/h、车隧摩擦系数0.5、诱导脱轨车辆数量3节的工况下进行地铁列车脱轨碰撞仿真计算，与未使用该吸能装置的情形进行对比分析，结果表明：碰撞吸能装置能够有效控制地铁列车脱轨碰撞过程中的车身姿态，明显降低碰撞接触力和减速度，减小车体结构变形，提高车辆碰撞安全性。
首先，根据地铁列车与盾构隧道的结构特点，建立了包含地铁列车车体、转向架、车钩缓冲装置、管片衬砌、无砟轨道板、轨道及诱导脱轨装置的地铁列车隧道脱轨碰撞非线性有限元模型；设计了3类5个地铁列车隧道脱轨碰撞典型工况，并研究了曲线轨道结构的和列车初始状态参数的设置。
其次，对包含不同影响参数或因素的地铁列车隧道碰撞仿真模型进行计算与分析，结果表明：(1)隧道脱轨碰撞的情形下，由于碰撞角较小，碰撞接触力较小，车体结构塑性变形不明显，且列车碰撞时的动能主要以滑移能的形式耗散；(2)单车工况下，随着隧道半径的减小和车隧摩擦系数的增大，车体碰撞接触力和车体减速度随之增大，碰撞响应越为剧烈；(3)随着编组数量的增加，脱轨车辆数量增加，车辆倾覆角、车钩压缩量和碰撞接触力随之增加，碰撞响应复杂程度明显升高；(4)整编组工况下，随着脱轨速度和诱导脱轨车辆数量的增加，最终脱轨车辆数量呈现增加的趋势，车体减速度随之增大，碰撞总时长和总位移随之减小。
再次，根据5个碰撞工况的仿真计算结果，设计了一种适用于地铁隧道的由波形板梁、防阻吸能块和脚架三部分组成的碰撞吸能装置，并使用回归分析拟合响应计算公式，采用遗传算法对该吸能装置进行了结构优化，得到了碰撞接触力较小、吸能量较大的碰撞吸能装置。
最后，在综合考虑列车设备限界和车体轮廓线的基础上，将优化后的吸能装置应用于隧道结构中，并在6编组、脱轨速度80km/h、车隧摩擦系数0.5、诱导脱轨车辆数量3节的工况下进行地铁列车脱轨碰撞仿真计算，与未使用该吸能装置的情形进行对比分析，结果表明：碰撞吸能装置能够有效控制地铁列车脱轨碰撞过程中的车身姿态，明显降低碰撞接触力和减速度，减小车体结构变形，提高车辆碰撞安全性。