中低速磁浮交通在我国已进入商业化运营时代,国内多个城市都有开通中低速磁浮运营线的意向或规划。目前国内外针对中低速磁浮列车被动安全性的研究较少,本文主要对其碰撞行为响应和能量转化规律等展开研究。首先,基于三编组五模块中低速磁浮列车的主要结构特点,建立了包含轨道、悬浮架、车体及车钩缓冲装置的列车非线性大变形有限元三维碰撞模型,利用显式有限元程序LS-DYNA进行列车级碰撞仿真计算与分析。分析结果表明,碰撞后,磁浮车辆将发生显著的点头和摇头运动,分别引起列车的爬车和锯齿形横向褶曲行为。车辆摇头运动在中间钩缓装置的吸能元件达到最大压缩行程后开始突显,且中间钩缓装置的正反馈作用机制对车辆摇头运动具有恶化作用,加剧列车的横向褶曲。车辆点头运动不仅引起列车爬车行为,而且使端部悬浮架与轨道产生垂向冲击,作用力为无规律性的脉冲载荷,且载荷幅值达到数百千牛顿;但在低速碰撞时,列车不会发生脱轨。此外,车辆点头运动还会改变悬浮架侧滚运动的方向。在纵向,由于吸能元件的容量过小,列车前端车体结构发生了严重的屈曲、压溃变形,司机室生存空间受到威胁,但各车辆的纵向平均加速度满足要求。其次,为改善碰撞响应,对中低速磁浮列车的能量配置进行优化设计。根据列车多刚体碰撞一维模型的仿真分析,发现在相同设计吸能容量的前提下,将吸能装置的载荷-位移关系曲线设计成等梯度多段形式或载荷随位移线性增大的形式,可比将载荷-位移关系曲线设计成单一定常型的形式吸收更多的碰撞动能。对于载荷随位移线性上升的吸能装置,斜率的大小对吸能效果有重要影响。设计了一种包含三节直翻卷金属圆管和防爬齿的新型防爬吸能装置,其在轴向压缩下的载荷-位移曲线呈现两段式定常型,每段载荷的平稳性极高,且没有初始载荷峰值;行程效率较高,具有良好的可变形能力和吸能能力。为使设计的防爬吸能装置满足依据车端吸能公式计算得到的吸能总量不低于250kJ、稳态阻抗力不大于500kN的要求,利用径向基函数代理模型和遗传算法,对吸能装置进行多目标寻优,确定出满足条件的壁厚设计值。然后,对经能量配置优化设计后的中低速磁浮列车进行仿真分析,分析结果表明:磁浮列车的横向褶曲现象基本消失且不存在爬车行为,能量传递稳定、有序;悬浮架与轨道之间的垂向载荷显著降低。说明为磁浮列车设置防爬吸能装置并合理增大中间钩缓装置的设计吸能容量可以有效改善列车的碰撞响应,提高其耐撞性。最后,对影响中低速磁浮列车碰撞响应的重要参数进行了探究,发现:悬浮架与轨道之间摩擦系数的变化会改变磁浮车辆在垂向和横向的运动模式。随着摩擦系数的增大,主、被动头车前端结构接触时的垂向高差增大,导致发生爬车的风险增大;摩擦力做功呈非线性显著增加趋势,而车体结构塑性变形和吸能元件吸收的能量比例降低,更能保证车体结构和司乘人员生存空间的完整性。空气弹簧的垂向刚度越大,车体碰撞点头运动的程度越低。抗侧滚梁吊杆的轴向刚度越大,悬浮架左、右模块的侧滚角越小,越有利于实现悬浮架的正位、降低极板与轨道磁极面发生接触碰撞的风险。