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地铁列车底部几何结构简化对车底流动及电机散热的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1723-1733页

作者：马江川杨明智钱博森中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075

在数值模拟中,几何结构的简化可以有效提升计算效率,降低计算成本。采用基于三维、定常、可压缩的雷诺平均纳维斯托克斯方程(RANS)模型,并充分考虑热辐射,研究3种底部结构简化模型(A、B、C)对地铁列车底部流场以及直线电机表面温度分布... 详细信息

在数值模拟中,几何结构的简化可以有效提升计算效率,降低计算成本。采用基于三维、定常、可压缩的雷诺平均纳维斯托克斯方程(RANS)模型,并充分考虑热辐射,研究3种底部结构简化模型(A、B、C)对地铁列车底部流场以及直线电机表面温度分布的影响,从而评估简化模型的计算精度和效率。研究结果表明:简化底部结构可减小电机后方的尾流面积,使底部流动增强;模型越简化,冷却空气的流量越高,通过简化几何结构可以影响走行风的流通性;冷却风量增加可影响电机的对流换热,相比于原始模型,这3种简化模型使得各电机的温度的平均值分别降低1.2%、2.4%和7.5%;若要在保证计算精度的前提下提高计算效率,考虑到车底的流场分布规律和温度场计算结果,则需对原始模型的转向架的轮轴、刹车盘、横向拉杆和悬挂装置等结构进行简化。

关键词：地铁列车简化模型车底流动散热

强横风下高速列车外风挡非定常气动载荷特性研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1782-1792页

作者：史永达徐晔李雪亮杨明智中车青岛四方机车车辆股份有限公司国家工程技术研究中心国家工程实验室山东青岛266111 中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心山东青岛266111 中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075

随着列车服役时间的延长,在恶劣运营环境作用下,外风挡容易出现变形、龟裂等故障问题,危害行车安全。为分析恶劣环境下外风挡的位移、应力及气动激励的变化规律,基于流固耦合振动理论,采用数值仿真方法,分析高速列车以速度250 km/h在不... 详细信息

随着列车服役时间的延长,在恶劣运营环境作用下,外风挡容易出现变形、龟裂等故障问题,危害行车安全。为分析恶劣环境下外风挡的位移、应力及气动激励的变化规律,基于流固耦合振动理论,采用数值仿真方法,分析高速列车以速度250 km/h在不同横风风速环境下运行时,车端外风挡的气动性能和流固耦合特性。研究结果表明:列车不同位置处的外风挡均在迎风侧的尾流区域产生最大位移和应力,且随横风风速的提高而增大。当车速为250 km/h,横风风速为25 m/s时,外风挡的最大位移产生于Fd1-3截面,对应的位移为8.63 mm。气动力频率方面,外风挡所受气动力的主频较为集中,不同位置的气动力主频均围绕一个固定值小幅波动。在15、20和25 m/s横风风速下,外风挡所受气动力主频分别为5、15和19 Hz。综合位移与气动激励情况,二者在整体趋势上有较好的对应关系,位移的响应会略微滞后于气动激励的响应。

关键词：流固耦合高速列车外风挡强横风气动特性

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地铁列车尾部吹吸气控制对尾流特征的影响

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1867-1879页

作者：唐银瑜杨明智杜俊涛刘宏康中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

为改善地铁列车尾部流动特征、减小列车气动阻力,提出一种在地铁列车尾部表面吹气及吸气的主动流动控制方法,分析不同吹气形式以及速度下,列车尾部流场及气动阻力的变化,解释列车尾部吹吸气作用下列车气动性能变化的原因。研究结果表明... 详细信息

为改善地铁列车尾部流动特征、减小列车气动阻力,提出一种在地铁列车尾部表面吹气及吸气的主动流动控制方法,分析不同吹气形式以及速度下,列车尾部流场及气动阻力的变化,解释列车尾部吹吸气作用下列车气动性能变化的原因。研究结果表明,在尾车施加吹/吸气的主动控制方法可以达到减小列车气动阻力的目的。当吹、吸气速度为0.6U(U为列车速度)时,集中吹气控制的气动减阻效果最为显著,3车编组整车气动减阻率达到了12.9%,非集中吹气次之,为10.9%,吸气控制则为10.3%。尾车吹气控制通过扰动流场来有效抑制流向涡结构,且相比于非集中式吹气,气流方向汇聚于某焦点的集中式吹气可显著提升气动减阻能力;吸气控制则通过吸除尾车肩部近壁区的尾部流向涡,使整车气动阻力降低,但吸气使更强的空气流动加速,使得气动减阻效果下降。因此,建议采用吹气速度为0.6U的集中吹气方式减小钝头列车气动阻力,在该吹气速度下,头车、中车、尾车和全车的气动减阻率分别为0.3%、4.5%、27.6%和12.9%。

关键词：地铁列车流动控制尾部吹吸气动减阻

换流阀冷却系统均压电极垢层沉积声学检测方法研究

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电工技术学报 2024年

作者：高兵黄驰黄晨浩王帅杨明智湖南大学电气与信息工程学院中国船舶集团有限公司第七一〇研究所

均压电极结垢是导致换流阀冷却系统故障的主要原因之一，传统检修采取的定期拆卸检测方式具有较大的盲目性且易造成系统漏水等故障。现有水质监测或间接检测法不能直接反映垢层沉积情况，而声学检测具有灵敏度高、检测速度快等优点。因... 详细信息

均压电极结垢是导致换流阀冷却系统故障的主要原因之一，传统检修采取的定期拆卸检测方式具有较大的盲目性且易造成系统漏水等故障。现有水质监测或间接检测法不能直接反映垢层沉积情况，而声学检测具有灵敏度高、检测速度快等优点。因此，本文提出了换流阀冷却系统均压电极垢层声学检测方法。首先，根据均压电极结垢特点，提出了适用于均压电极垢层的声学检测装置设计方法；其次，搭建了阀冷系统实验平台，在噪声环境中检验了装置的抗干扰性能，并对比分析无/有垢条件下的回波信号差异性；最后，从回波信号中提取电极垢层厚度的特征指标，建立了其与垢层厚度的数学映射关系，并进一步提出了垢层厚度预测策略，结果表明特征指标减小率与垢层厚度满足Boltzmann数学关系，能够可靠表征电极垢层厚度的变化过程，为均压电极的检修提供指导依据。

关键词：换流阀冷却系统均压电极垢层厚度声学检测特征指标

考虑永磁体偏置的超磁致伸缩换能器磁能损耗分析

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中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5409-5419,I0033页

作者：黄博浩赵能桐高兵杨明智杨文虎国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082

研究超磁致伸缩材料的损耗特性是掌握换能器热特性与优化设计的关键,当超磁致伸缩棒材工作在永磁体偏置磁场中,内部磁畴状态变化使得材料的损耗特性发生改变,进而对超磁致伸缩换能器(giant magnetostrictive transducer,GMT)的磁能损耗... 详细信息

研究超磁致伸缩材料的损耗特性是掌握换能器热特性与优化设计的关键,当超磁致伸缩棒材工作在永磁体偏置磁场中,内部磁畴状态变化使得材料的损耗特性发生改变,进而对超磁致伸缩换能器(giant magnetostrictive transducer,GMT)的磁能损耗计算产生了较大挑战。因此,提出考虑永磁体偏置的换能器磁能损耗计算方法,首先,基于超磁致伸缩材料磁化和磁畴理论,推导永磁体偏置条件下的超磁致伸缩换能器磁能损耗数学机理模型。然后,利用微元思想,建立考虑永磁体偏置及棒材轴向磁场分布不均匀影响下的换能器磁能损耗计算模型,并通过有限元方法验证了模型的有效性。最后,搭建超磁致伸缩换能器损耗特性测试平台,通过分析不同工况下换能器的磁能损耗特性,验证所提模型的准确性。实验结果表明:提出的考虑永磁体偏置影响下的损耗计算模型,在换能器励磁频率50~1050Hz、磁通密度幅值0.01~0.25T工况下,模型结果与实测数据的平均误差为2.93%,可有效分析超磁致伸缩换能器的磁能损耗。

关键词：超磁致伸缩换能器(GMT) 永磁体偏置磁能损耗模型计算参数辨识

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钝头型市域列车尾流吸气主动控制减阻研究

铁道科学与工程学报 2024年

作者：杨帆杜俊涛杨明智唐银瑜中车大连机车车辆有限公司中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室中车青岛四方机车车辆股份有限公司

为探究钝头外形的市域列车运行时尾部吸气控制对列车气动阻力的影响，缓解列车因提速造成的阻力增加问题，采用Realizable k-ε两方程模型的DDES数值仿真方法开展研究，通过风洞试验验证数值模拟方法后，以数值仿真得到的速度场、压力... 详细信息

为探究钝头外形的市域列车运行时尾部吸气控制对列车气动阻力的影响，缓解列车因提速造成的阻力增加问题，采用Realizable k-ε两方程模型的DDES数值仿真方法开展研究，通过风洞试验验证数值模拟方法后，以数值仿真得到的速度场、压力场及各节车的气动阻力分布及组成，分析吸气控制对钝头型市域尾车气动减阻的影响原因。研究结果表明：钝头型市域列车的尾车流线型表面由负压强主导，因此压差阻力占比较大，并且空气绕该部位流动时形成了两个比较明显且对称的流动分离泡，导致了尾车阻力系数尤其是压差阻力系数急剧增大，使得尾车压差阻力比重最大，占整车阻力的36.71%；在列车尾部进行吸气控制能提升列车尾部中心区的压力，使得尾车的压差阻力显著减小，进而实现整车减阻；在不同吸气方案下，尾车减阻率随着吸气面的增加而增加，当设置的所有吸气面工作时，对尾车的气动减阻率最高可达21.6%；列车离吸气面越远的部位减阻效果越不明显，位于尾部吸气控制上游较远的头车最大减阻率仅为1%，而中间车的减阻率为4%；随着吸气速度从0.2U提升至0.6U，尾车减阻率从17.9%提升至21.6%，整车减阻率从8.3%提升至10.3%，尾车流线型区域后方的正压区也越接近尾车流线型表面。研究结果为钝头型市域列车主动控制的气动减阻提供参考。

关键词：市域列车气动减阻尾部吸气流动控制数值仿真

气动载荷下高速列车设备舱裙板非稳态振动疲劳强度研究

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振动与冲击 2024年第9期43卷 36-42页

作者：程亚军杨明智刘乐天于春洋李凡松中南大学交通运输工程学院长沙410075 中车长春轨道客车股份有限公司长春130062 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

高速列车设备舱裙板对改善列车空气动力学性能起到重要作用,裙板除受到振动载荷外,还承受气动载荷。随着运行速度的不断提高,裙板承受的气动载荷愈发强烈,为保证高速列车的正常运行,对裙板的疲劳评估尤为重要。该文针对裙板在气动载荷... 详细信息

高速列车设备舱裙板对改善列车空气动力学性能起到重要作用,裙板除受到振动载荷外,还承受气动载荷。随着运行速度的不断提高,裙板承受的气动载荷愈发强烈,为保证高速列车的正常运行,对裙板的疲劳评估尤为重要。该文针对裙板在气动载荷作用下的非稳态振动特性,以实测气动载荷作为输入利用有限元仿真获取脉冲响应函数,采用时域卷积积分方法计算加速度测点位置加速度,对比试验数据进行模型验证,对比结果显示总体误差小于10%。再采用该方法计算关注单元动应力,通过振动疲劳强度分析方法进行评估,评估结果显示裙板疲劳强度可以满足速度为400 km/h列车的需求。

关键词：振动疲劳强度非稳态裙板气动载荷

内固定结合椎体成形术治疗脊柱骨折的临床观察

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贵州医药 2024年第2期48卷 220-222页

作者：杨明智白涛宗龙泽延安市人民医院骨科一病区陕西延安716000 延安市人民医院骨科二病区陕西延安716000 延安大学附属医院骨科陕西延安716000

目的探讨内固定结合椎体成形术治疗脊柱骨折的临床效果。方法将68例脊柱骨折患者随机分为两组各34例,分别接受两种手术方式,即单纯内固定治疗纳入对照组;采用内固定结合椎体成形术治疗治疗纳入研究组。通过对术后COBB角及伤椎椎体高... 详细信息

目的探讨内固定结合椎体成形术治疗脊柱骨折的临床效果。方法将68例脊柱骨折患者随机分为两组各34例,分别接受两种手术方式,即单纯内固定治疗纳入对照组;采用内固定结合椎体成形术治疗治疗纳入研究组。通过对术后COBB角及伤椎椎体高度、椎管内骨块占位恢复情况评定两组复位效果;通过手术时间及出血量、术前术后VAS评分对比评定两组损伤程度。结果研究组患者的手术时间稍长于对照组,但术中出血量低于对照组,住院恢复时间短于对照组,差异有统计学意义(P0.05);研究组患者术后6个月椎体的前缘高度、椎管侵占率及Cobb角的改善程度均显著优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);研究组在椎体功能的优良比例方面高出对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论内固定结合椎体成形术治疗脊柱骨折的临床应用效果显著,在不增加手术损伤的基础上促进椎体各项功能恢复,减少术后并发症,缩短术后恢复时间,建议临床采纳。

关键词：内固定椎体成形术脊柱骨折疼痛

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高速列车过隧道产生压力波的三维特性

Acta Mechanica Sinica 2024年第2期40卷 75-88页

作者：王田天陈嘉铭王军彦施方成张雷钱博森姜琛王家斌王钰杨明智 College of Mechanical and Vehicle Engineering Hunan University Changsha 410082 China Key Laboratory of Traffic Safety on Track of Ministry of Education School of Traffic & Transportation Engineering Central South University Changsha 410075 China

本文采用滑移网格法模拟了时速350 km的高速列车通过350 m标准单线隧道,研究了列车前方不同隧道横截面的压力分布,基于等压力曲面描述了压力波的三维特征和传播机理,并提出了一种新式精确的压力传感器布置方案.研究结果表明,隧道横截面... 详细信息

本文采用滑移网格法模拟了时速350 km的高速列车通过350 m标准单线隧道,研究了列车前方不同隧道横截面的压力分布,基于等压力曲面描述了压力波的三维特征和传播机理,并提出了一种新式精确的压力传感器布置方案.研究结果表明,隧道横截面距离列车车头越远,平面压力差异越小.受列车车头和隧道横截面形状的影响,压力波不是简单的平面波,而是在传播过程中复杂变化的球面波.以隧道断面的压力差异小于1 Pa来定义平面波,可发现平面波出现在列车前方16.6 m附近.此外,在70-90 m的隧道断面上,隧道壁面测点和建筑限界测点之间的压力峰峰值差异可达13%,因此应将压力传感器布置在附属设施表面而不是隧道壁面.综上所述,本研究对于理解压力波的形成和传播机理以及指导隧道内压力传感器的科学布置具有重要意义.

关键词：高速列车隧道断面建筑限界单线隧道传播机理横截面形状压力波压力传感器