高速列车风致安全研究

作     者：于梦阁 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张继业

授予年度：2010年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：高速列车 侧风 风致安全 空气动力学 多体系统动力学 运行安全域 

摘      要：随着我国高速铁路的发展及列车车速的日益提高,列车与空气之间的相互作用加剧,出现了一系列亟待解决的危及行车安全的空气动力学问题。高速列车——空气相互作用问题是一个关系高速列车运行安全的重要工程技术问题,也是我国发展高速铁路所必须解决的一个关键技术问题。针对侧风环境下高速列车的运行安全性问题,本文结合空气动力学和车辆系统动力学,对平地、路堤及桥梁上高速列车的运行安全性进行研究。 本文基于三维定常不可压缩Navier-Stokes方程以及标准k-ε两方程湍流模型,利用FLUENT建立高速列车空气动力学计算模型;基于计算多体系统动力学理论,利用SIMPACK建立高速列车系统动力学仿真模型;将侧风下作用于高速列车的气动载荷作为外加载荷加载到高速列车系统动力学仿真模型中,分析侧风环境下高速列车的运行安全特性。 本文首先建立了侧风环境下高速列车三维绕流计算的数学物理模型,数值计算了不同车速、不同风速大小、不同风向角和不同路况（平地、路堤、桥梁）下的高速列车外部流场,并对流场特性及气动载荷特性进行分析,研究了车速、风速大小、风向角和路况对气动载荷的影响。 为研究侧风环境下高速列车的运行安全特性,本文建立了三节车编组的高速列车多体系统动力学仿真模型,并将气动载荷加载到仿真模型中,数值计算了平地、路堤和桥梁上高速列车在不同车速和不同风速下的响应,得到了脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力等安全性指标,并参考《高速列车整车试验规范》确定了高速列车在平地、路堤和桥梁上的运行安全域。本文的计算结果可以为侧风下高速列车的安全运行提供参考。