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风切变下评价方法对高速列车振动舒适性评价结果的影响

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：刘东润李田钟睦鲁寨军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南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室

科学合理地评价乘坐舒适性对于风区高速列车运行性能的提升至关重要。针对在大风专项试验中发现的新问题，既有平稳性指标在风切变下的评价结果，与司乘人员实际感受差异巨大，表明现有舒适性指标在风切变下的应用存在局限开展研究。首... 详细信息

科学合理地评价乘坐舒适性对于风区高速列车运行性能的提升至关重要。针对在大风专项试验中发现的新问题，既有平稳性指标在风切变下的评价结果，与司乘人员实际感受差异巨大，表明现有舒适性指标在风切变下的应用存在局限开展研究。首先，对既有不同振动舒适性评价方法 Sperling指标、ISO-2631、EN-12999、UIC-513、以及GB-5599等进行了系统梳理和评估差异的理论分析；其次，结合不同评价方法要求，通过多体动力学方法和人体动力学参数模型，建立了可一体描述车体与人体动力学影响的六自由度列车—座椅—人体耦合模型；在此基础上，进一步将风切变下实测列车气动载荷作为输入激励，分析了真实气动载荷作用下现有舒适性指标评估流程、频率加权曲线等对评价结果的影响，揭示了评价结果产生差异的原因；最后，基于既有振动舒适性评价方法，对风切变下高速列车振动舒适性的评价从指标参数、测点位置以及评价过程三个方面进行了建议和补充。研究结果表明：由于频率加权曲线和对各个方向振动的考虑形式不同，导致不同评价方法对人体敏感频率的侧重和振动形式的权重存在差异；建议风切变下振动舒适的评价方法将侧滚角速度和角加速度纳入并增加相应测点位置，同时旋转振动幅值可对转动舒适性进行评价，能在一定程度上反映出风切变下转动振动对振动舒适性的影响。

关键词：高速列车风切变舒适性评价方法标准

基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计

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润滑与密封 2024年第4期49卷 95-102页

作者：鲁寨军孙永龙钟睦中南大学交通运输工程学院湖南长沙410000

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workb... 详细信息

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型,采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能,对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行分析和设计,讨论压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对高压容器端面密封性能的影响。结果表明,压缩率、矩形圈的高度和宽度以及矩形圈与沟槽侧壁的间隙对密封性能的影响较大,而内径对密封性能的影响较小,因而设计时应优先考虑沟槽深度、矩形圈的截面尺寸以及与沟槽的装配位置等参数。确定PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸后,采用有限元仿真手段验证了设计的密封结构在常温30 MPa高压下的密封性能,证实了设计的合理性。

关键词： PTFE矩形密封圈高压容器密封结构密封性能

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四氟乙烷弹射无人机的试验及仿真研究

航空学报 2024年

作者：王志富姚术健鲁寨军钟睦王瑞峰中南大学轨道交通安全教育部重点实验室中南大学交通运输工程学院中南大学极端流动力能前沿科学中心

针对传统无人机气动弹射介质压缩空气动力不足的问题，提出使用四氟乙烷代替空气作为气动介质弹射无人机的方法。四氟乙烷安全性高、容易受热发生相变进行膨胀做功，且相比空气具有更高的比热力学能，具有更高的膨胀做功能力。通过弹射... 详细信息

针对传统无人机气动弹射介质压缩空气动力不足的问题，提出使用四氟乙烷代替空气作为气动介质弹射无人机的方法。四氟乙烷安全性高、容易受热发生相变进行膨胀做功，且相比空气具有更高的比热力学能，具有更高的膨胀做功能力。通过弹射试验验证了四氟乙烷用于弹射无人机的可行性，建立了四氟乙烷为弹射介质的气动热力学数值模型，模型验证后进行了压缩空气与四氟乙烷弹射能力对比，进一步探讨了高压储气罐容积，阀门直径以及低压室容积对四氟乙烷弹射无人机内弹道参数的影响，结论表明：四氟乙烷能够在毫秒级别的时间内将无人机弹射出筒，弹射能力优于压缩空气，能够完成500磅质量以上无人机弹射任务；注液密度一定时，随着高压储气罐的体积增大，低压室压力、无人机加速度及无人机弹射出筒的速度逐渐增大，但速度增幅逐渐减小越大，文中算例增大至500L时，速度增幅接近为0%，在满足指标的前提下，减小高压储气罐体积能降低低压室内峰值压力及温度，保证弹射安全；对于特定的弹射系统，阀门存在一个极限释放口径，超过该口径，无人机弹射速度将不再增加，只会增加峰值加速度；其他参数不变的情况下，适当增大低压室的体积可以有效降低无人机的峰值加速度，且无人机出筒时速度降低较少。

关键词：四氟乙烷无人机气动弹射高比热力学能弹射系统结构参数

超高压拱型爆破片中操作比对爆破压力作用机理仿真研究

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安全与环境学报 2024年

作者：鲁寨军冯书颖孙永龙刘杰夫轨道交通安全教育部重点实验室轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心

十字开槽正拱型爆破片具有响应快、无碎片飞溅等优点，在使用过程中操作比（工作压力与爆破压力的比值）对爆破性能的影响值得研究，对十字开槽正拱型爆破片进行动态爆破试验，并建立有限元仿真模型，通过动态爆破试验结果验证其可靠性... 详细信息

十字开槽正拱型爆破片具有响应快、无碎片飞溅等优点，在使用过程中操作比（工作压力与爆破压力的比值）对爆破性能的影响值得研究，对十字开槽正拱型爆破片进行动态爆破试验，并建立有限元仿真模型，通过动态爆破试验结果验证其可靠性；对不同操作比下的爆破片爆破性能进行研究，总结爆破压力变化规律，发现随着操作比的增大，爆破压力出现了减小，与无操作比影响时的相对偏差出现部分大于10%的情况，爆破压力减小的幅度由大变小，转折点出现在操作比为30%～70%的范围内，且转折点随拱高的增加逐渐右移，爆破片的拱高和爆破压力的稳定性大致呈正比，主要原因与残余应力和塑性形变有关。

关键词：安全工程十字开槽正拱型爆破片操作比动态爆破爆破性能

基于多孔介质的高速铁路透风式挡风墙关键参数研究

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 882-890页

作者：钟睦王田天梁习锋鲁寨军闫宏凯乐天晗刘东润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 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司新疆乌鲁木齐830011 广州地铁设计研究院股份有限公司广东广州510010

合理的匹配参数是风区铁路沿线防风设施研究的关键问题。针对风区铁路沿线部分区段混凝土实心挡风墙出现的环境风越过挡风墙顶导致严重的弓网离线、无法正常升弓,危及铁路行车安全问题,提出改“堵”为“疏”,通过一定的透风率来调控挡... 详细信息

合理的匹配参数是风区铁路沿线防风设施研究的关键问题。针对风区铁路沿线部分区段混凝土实心挡风墙出现的环境风越过挡风墙顶导致严重的弓网离线、无法正常升弓,危及铁路行车安全问题,提出改“堵”为“疏”,通过一定的透风率来调控挡风墙后的线路风场,从而为缓解上述现象提供一种新思路,其关键问题在于透风式挡风墙关键参数与防风效果的合理匹配。为此,基于多孔介质的自身特性,提出一种基于多孔介质的挡风墙风场新研究方法,将挡风墙透风率与防风效果的合理匹配问题转化为多孔介质的阻力系数与列车气动载荷的关系研究。首先,通过比较数值模拟结果与兰新高铁挡风墙风场现场试验结果,修正并验证数值模拟方法的准确性。然后,通过数值模拟研究进一步探究多孔介质阻力参数与挡风墙透风率之间的关系,获得风区铁路沿线透风式挡风墙关键参数最优区间。研究结果表明:可以采用多孔介质代替挡风墙几何进行挡风墙风场研究,能够显著提升研究效率;多孔介质的黏性阻力系数在挡风墙风场研究中可以忽略,多孔介质的惯性阻力系数与挡风墙的透风率呈幂函数关系;风区铁路沿线透风式挡风墙高度为3.5 m,透风率在24.4%~28.7%区间时,对一线、二线列车的防风效果最好。

关键词：高速铁路挡风墙多孔介质透风率气动性能

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桥上脱轨列车姿态演变行为与倾覆风险研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1912-1921页

作者：钟睦周伟闫宏凯梁习锋鲁寨军刘东润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 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司新疆乌鲁木齐830011

针对高速列车桥上脱轨后的车体姿态演变行为与倾覆风险问题,通过多体动力学方法,建立八编组整车−桥梁防护墙多体动力学模型并开展数值研究。首先,通过相同工况下多体动力学结果与有限元方法结果,对比验证本文模型的正确性。然后,通过数... 详细信息

针对高速列车桥上脱轨后的车体姿态演变行为与倾覆风险问题,通过多体动力学方法,建立八编组整车−桥梁防护墙多体动力学模型并开展数值研究。首先,通过相同工况下多体动力学结果与有限元方法结果,对比验证本文模型的正确性。然后,通过数值模拟分别研究直线空载高速列车、直线满载高速列车、曲线不同离心加速度下高速列车脱轨后的动力学演变行为。研究结果表明:桥上脱轨列车与防护墙发生撞击后,会出现明显的车轮跳起和车体大幅度侧滚现象,各车存在极大从右后向左前翻滚到线路外侧坠落的风险;桥梁曲线脱轨比直线脱轨更加危险,会出现明显的甩尾现象,离心加速度越大,甩尾现象越明显。

关键词：高速列车脱轨桥梁防护墙动力学行为多体动力学

服役环境下动车车底装备滑槽疲劳载荷谱的编制与验证

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1922-1930页

作者：王成强鲁寨军王浩程亚军李凡松中南大学交通运输工程学院湖南长沙410083 中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130062 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610031

随着动车组向更高速度发展,对列车轻量化的需求愈发迫切。在现有的动车组平台中,将没有横梁底架的车体改为底架滑槽吊挂能够显著减轻设备框架的质量和体积,实现列车轻量化目的。然而,滑槽吊挂引起的最为关切的问题是结构的疲劳强度能否... 详细信息

随着动车组向更高速度发展,对列车轻量化的需求愈发迫切。在现有的动车组平台中,将没有横梁底架的车体改为底架滑槽吊挂能够显著减轻设备框架的质量和体积,实现列车轻量化目的。然而,滑槽吊挂引起的最为关切的问题是结构的疲劳强度能否满足需求。为了了解结构的疲劳强度性能,基于服役中动车组车下设备振动加速度,结合现有标准体系,采用服役全周期内工况组合和载荷外推方法,采用累积损伤原理和疲劳试验加速法,编制107次循环次数下的等效振动幅值,并开展滑槽结构疲劳强度试验。研究结果表明:与既有标准体系相比,考虑服役环境的车下设备垂向载荷小于标准值,横向和纵向载荷大于标准值;当轻量化高速动车组大质量车下设备采用滑槽吊挂方式时,结构可以满足30年设计寿命要求。

关键词：动车组轻量化滑槽载荷谱疲劳试验

多级滑动摩擦式列车挡车器设计与碰撞过程动态响应分析

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铁道科学与工程学报 2022年第11期19卷 3396-3406页

作者：肖皓鲁寨军钟睦范登科轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 轨道交通安全技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075

为解决既有运用条件下滑动式挡车器难以满足多编组列车平稳止挡的工程难题,基于摩擦吸能原理提出一种二级滑动摩擦式挡车器,以满足不同车型的止挡吸能需求,降低列车的最大车钩力。依据二级滑动摩擦式挡车器的工作原理,该二级滑动摩擦式... 详细信息

为解决既有运用条件下滑动式挡车器难以满足多编组列车平稳止挡的工程难题,基于摩擦吸能原理提出一种二级滑动摩擦式挡车器,以满足不同车型的止挡吸能需求,降低列车的最大车钩力。依据二级滑动摩擦式挡车器的工作原理,该二级滑动摩擦式挡车器用两级摩擦副替代既有滑动式挡车器的一级摩擦副,通过挡车器上下部的相对滑动来缩短挡车器的滑动距离。以某型地铁列车为例,利用simpack软件建立列车撞击挡车器的仿真模型,用105号力元模拟车钩缓冲装置,对列车撞击挡车器模型进行数值仿真,得到列车撞击挡车器的动力学响应特性和挡车器参数对碰撞吸能特性的影响规律。研究结果表明:与采用既有的滑动式挡车器相比较,采用二级滑动摩擦式挡车器能够降低列车受到的最大车钩力,缩短挡车器的滑动距离,满足多编组列车的挡车需求;二级滑动摩擦式挡车器中两级摩擦副摩擦力和挡车器质量是影响列车最大车钩力和挡车器滑动距离的重要因素,其中挡车器上部质量是影响列车最大车钩力的最重要因素,第2级摩擦副摩擦力是影响挡车器滑动距离的最重要因素,通过合理调节两级摩擦副的摩擦力及挡车器上部和下部的质量能更好的发挥二级挡车器的功效。

关键词：二级滑动摩擦式挡车器制动距离车钩力钩缓装置摩擦吸能

基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计

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润滑与密封 2023年

作者：鲁寨军孙永龙钟睦中南大学交通运输工程学院

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点，可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中，PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题，本文根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征，在Ans... 详细信息

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点，可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中，PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题，本文根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征，在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型，采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能，对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行了分析和设计，详细讨论了压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对表征高压容器端面密封性能相关物理量的影响规律，从而确定了PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸。此外，采用有限元仿真手段验证了密封结构在常温30 MPa下的密封性能，证实设计的合理性。本文的研究可以为高压容器同类型的端面密封结构设计提供参考。

关键词： PTFE矩形密封圈高压容器密封结构密封性能