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横风作用下钢桁梁桥上列车气动导纳的风洞试验研究

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振动与冲击 2018年第2期37卷 150-155页

作者：马存明段青松廖海黎西南交通大学桥梁工程系成都610031 西南交通大学风工程试验研究中心成都610031

大跨度钢桁梁悬索桥对风作用敏感,桥上列车周围的流场也会受到较大影响,横风作用下考虑钢桁梁影响的列车气动力的研究十分必要。以某大跨度钢桁梁悬索桥为例,在风洞试验室建立两种大气紊流场,基于测压法分析静止于钢桁梁上列车气动力,... 详细信息

大跨度钢桁梁悬索桥对风作用敏感,桥上列车周围的流场也会受到较大影响,横风作用下考虑钢桁梁影响的列车气动力的研究十分必要。以某大跨度钢桁梁悬索桥为例,在风洞试验室建立两种大气紊流场,基于测压法分析静止于钢桁梁上列车气动力,得到频域内列车的等效气动导纳以及抖振力的跨向相关性,且考虑了攻角、紊流场、列车位置等影响因素,也指出了进一步的研究方向,为类似桥梁上列车运行的舒适性研究提供了一定的指导。

关键词： n钢桁桥列车气动导纳横风风洞试验

横风作用下高速列车转向架非定常空气动力特性

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第5期45卷 1705-1714页

作者：郗艳红毛军高亮杨国伟北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国科学院力学研究所北京100190

针对CRH型动车组的真实外形,采用分离涡数值计算方法,对横风中高速列车转向架的非定常空气动力特性进行研究。得到各个转向架气动荷载的时域特性、频域特性以及转向架周围非定常流动结构。研究结果表明,横风中高速列车转向架处流场非常... 详细信息

针对CRH型动车组的真实外形,采用分离涡数值计算方法,对横风中高速列车转向架的非定常空气动力特性进行研究。得到各个转向架气动荷载的时域特性、频域特性以及转向架周围非定常流动结构。研究结果表明,横风中高速列车转向架处流场非常紊乱,伴生出许多分离涡;转向架所受的空气动力存在非常明显的非定常性;各个转向架空气动力的功率谱密度存在明显峰值,若转向架或转向架中某些弹性体的固有频率与它们耦合,则易出现共振进而失稳的情况。本研究可以为高速列车局部减阻优化设计和提高高速列车自身的抗风性能设计提供参考。

关键词：转向架横风功率谱密度非定常空气动力高速列车

横风作用下载重汽车在复杂路段运行的安全模型

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长安大学学报（自然科学版） 2015年第3期35卷 21-26页

作者：田林许金良张莹长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064

为提高横风作用下载重汽车在复杂路段运行的安全性,通过风攻角0°和90°这2种不同工况下的风洞试验模拟强风作用对载重汽车运行安全的影响,建立了载重汽车气动力六分力坐标系,获得了作用于载重汽车的风作用六分力系数,利用空气动力学公... 详细信息

为提高横风作用下载重汽车在复杂路段运行的安全性,通过风攻角0°和90°这2种不同工况下的风洞试验模拟强风作用对载重汽车运行安全的影响,建立了载重汽车气动力六分力坐标系,获得了作用于载重汽车的风作用六分力系数,利用空气动力学公式对作用于载重汽车的六分力进行了量化,对影响横风作用下复杂路段载重汽车运行安全的风险因素进行研究;在此基础上,对在横风作用下运行在弯道路段的载重汽车进行受力分析,利用Matlab仿真软件建立了载重汽车在弯道路段侧翻和侧滑的安全运行速度模型,提出了横风作用下复杂路段载重汽车的限速标准,并将限速标准应用于横风作用影响较大的弯道路段。研究结果表明:提出的限速标准减少了强横风弯道路段载重汽车交通事故的发生,为强横风地区复杂路段的限速方案提供了参考,对强风地区复杂路段载重汽车的运行安全起到了一定的保障作用。

关键词：道路工程载重汽车横风复杂路段安全风洞试验

基于降阶方法的横风下超导磁浮列车非定常气动特性研究

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基于降阶方法的横风下超导磁浮列车非定常气动特性研究

作者：马天昊西南交通大学

学位级别：硕士

2021年1月13日世界首辆高温超导高速磁浮工程化样车的问世,标志着高温超导磁浮工程化研究向前迈出了重要的一步。横风是影响列车运行安全性的重要因素。历史上因横风导致的列车安全事故时有发生,时速600公里高速磁浮横风下运行安全性更... 详细信息

2021年1月13日世界首辆高温超导高速磁浮工程化样车的问世,标志着高温超导磁浮工程化研究向前迈出了重要的一步。横风是影响列车运行安全性的重要因素。历史上因横风导致的列车安全事故时有发生,时速600公里高速磁浮横风下运行安全性更应受到重视。横风下运行的高速磁浮列车外流场具有复杂的非定常特性,导致列车所受气动载荷也非定常。列车横风问题除了要关注横风直接导致列车倾覆出轨,还应考虑非定常载荷引起的列车失稳或结构疲劳破坏等问题。列车气动载荷是由流体(空气)与列车相互作用产生的,从流场的角度进行分析是列车空气动力学研究的主要手段,但现有后处理方法在非定常流动研究中往往难以清楚的分析流场整体时空特性。因此本文基于本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)与动态模态分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)对高速磁浮列车非定常流场进行降阶分析,深入研究了横风下高速磁浮列车外流场的振动规律。首先,本文以全尺寸高温超导高速磁浮工程化样车为基础建立列车气动计算简化模型,建立了横风工况下的计算域,并生成网格。确定了基于SST k-ω湍流模型的改进延迟分离涡(IDDES)数值模拟方法,并利用ICE-2缩比模型风洞实验数据验证了数值方法的正确性。然后,本文开展了横风速度为20 m/s(约8级风),车速分别为400 km/h、500km/h、600 km/h三个工况下高温超导磁浮列车非定常气动计算。通过分析流场结构,发现了车身表面主要流动分离区域,探讨了气动载荷非定常波动原因。通过分析列车非定常气动载荷的时域与频域特性,得到了非定常载荷的主频分布范围以及不同车厢气动载荷的差异性。结果发现头车气动载荷非定常特性最为明显,载荷脉动幅值大、频率分布范围宽、受力状态最复杂。对于悬浮架局部的非定常特性,发现头车首个悬浮架气动载荷均值和脉动幅值都远大于其他悬浮架,受力状态最差。为从海量流场数据中解析出流动相干结构和演化规律,本文探索了一套基于仿真数据的非定常流场降阶分析方法,可利用POD与DMD两种降阶分析模型对非定常流场结构和动力学演化特性进行分析。此外,本文编写了可视化处理软件,实现流场数据存储、数据整合、降阶模态计算、模态输出绘图的整个流程自动化快速处理,大幅提高了计算效率。接下来,本文利用上述POD和DMD方法研究了横风下高速磁浮列车外流场演化特性,分析了不同能量和频率的流动相干结构,探究了流场模态与列车表面涡脱之间、流场模态与列车非定常载荷之间的内在关系,识别出对列车影响较大的流场结构。主要结论为:车身各处(主要在高度约为3 m的车肩位置和列车底部)流动分离产生的周期性脱落涡造成的高频振动,是气动载荷高频脉动的原因。背风侧主涡强度和位置变化引起的低频大尺度流场振动,是气动载荷低频脉动的原因。最后本文基于流场的降阶分析,为控制不同类型的气动载荷脉动提出了一些建议,为推进高温超导高速磁浮工程化应用提供了一些参考。

关键词：高温超导高速磁浮横风非定常本征正交分解动态模态分解

移动龙卷风—横风联合作用下高速列车运行安全性研究

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移动龙卷风—横风联合作用下高速列车运行安全性研究

作者：吕国强北京交通大学

学位级别：硕士

龙卷风是一种极端天气现象,破坏力极大,常常造成严重的风灾,对人民的生命财产安全产生巨大的危害。随着我国“八横八纵”高速铁路网逐步建成,东南沿海地区的高铁线路越来越密集,同时东南沿海地区也是我国龙卷风的高发地区,所以高速列车... 详细信息

龙卷风是一种极端天气现象,破坏力极大,常常造成严重的风灾,对人民的生命财产安全产生巨大的危害。随着我国“八横八纵”高速铁路网逐步建成,东南沿海地区的高铁线路越来越密集,同时东南沿海地区也是我国龙卷风的高发地区,所以高速列车受龙卷风影响的可能性大幅增加,因此对龙卷风作用下列车和线路的安全性值得深入研究。为了研究高速列车在移动龙卷风-横风联合作用下的安全性。首先基于多体动力学车-线模型和Baker龙卷风风场模型建立了移动龙卷风-横风-车-线动力分析模型。其中车辆模型共27个自由度,轮轨关系竖向为垂向密贴假定,横向为简化的Kalker线性蠕滑模型。使用该模型计算了列车通过龙卷风风场时列车的风荷载时程和安全性指标时程,还分析了龙卷风最大风速、龙卷风距轨道距离和车速对列车运行安全性的影响。并给出了不同横风条件下列车可安全通过的最强龙卷风。在移动龙卷风-横风-车-线动力分析模型的基础上,提出了移动龙卷风-横风联合作用下线路安全性的概率抽样和评估方法。根据现有研究成果和统计数据对龙卷风和横风中的各随机参数的概率模型进行了总结,其中:龙卷风发生概率服从二项分布,生成位置和移动方向服从均匀分布,横风的平均风速服从极值I型分布。对江苏-上海地区的九条高铁线路的安全性进行了概率评估,并分析了车次和车速对线路安全性的影响,给出了不同车速下列车发生事故的易损性曲线。研究表明:1)九条线路中京沪线(上海-南京段)受龙卷风的影响最大,龙卷风导致列车倾覆的事故重现期约为29年;2)京沪线列车遇到龙卷风的概率为1×10,龙卷风导致列车倾覆的概率为5×10,列车遇到龙卷风后发生事故的概率为54%。

关键词：移动龙卷风横风高速列车安全性评估蒙特卡罗方法

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横风作用下高速列车安全运行速度限值的研究

铁道学报 2012年第6期34卷 8-14页

作者：郗艳红毛军高亮杨国伟曲文强北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国科学院力学研究所北京100190 南车青岛四方机车车辆股份有限公司国家工程实验室山东青岛266111

横风作用下的列车安全运行速度限值应通过列车气动特性和车辆轨道动力学特性的分析得到。以我国CRH3型高速列车实车为原型,考虑真实受电弓、转向架等列车的细部特征,假定列车在平地上行驶,对列车速度分别为200、250、300、350和380km/h... 详细信息

横风作用下的列车安全运行速度限值应通过列车气动特性和车辆轨道动力学特性的分析得到。以我国CRH3型高速列车实车为原型,考虑真实受电弓、转向架等列车的细部特征,假定列车在平地上行驶,对列车速度分别为200、250、300、350和380km/h,横风速度分别为10、15、20、25和30m/s,风向角为90°的25个工况进行气动特性的数值模拟,并采用国内实测轨道谱和德国轨道谱分别对这25个工况的车辆轨道动力学性能进行仿真计算和对比分析。结合国家标准和技术规范,给出CRH3型列车在平地上运行时,横风风速与列车最大安全运行速度之间的对应关系,为横风作用下的列车运行安全控制提供参考。

关键词：高速列车横风气动特性轮轨动力学运行速度限值

横风下高速列车流线型头型多目标气动优化设计

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机械工程学报 2014年第24期50卷 122-129页

作者：于梦阁张继业张卫华青岛大学机电工程学院青岛266071 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

为改善高速列车的横风气动性能,建立高速列车流线型头型的多目标优化设计方法,以横风下高速列车的侧力和升力为优化目标,对高速列车流线型头型进行多目标自动优化设计。建立高速列车流线型头型的参数化模型,提取出5个优化设计变量,利用... 详细信息

为改善高速列车的横风气动性能,建立高速列车流线型头型的多目标优化设计方法,以横风下高速列车的侧力和升力为优化目标,对高速列车流线型头型进行多目标自动优化设计。建立高速列车流线型头型的参数化模型,提取出5个优化设计变量,利用计算流体动力学方法进行高速列车流场计算,并结合多目标遗传算法,实现横风下高速列车流线型头型的自动寻优设计。通过相关性分析,得到影响侧力和升力的关键优化设计变量,并进一步研究关键优化设计变量和优化目标之间的非线性关系。经过多目标优化设计,获得一系列的Pareto最优头型,这些头型的横风气动性能均得到明显改善。同时为保证无风环境下高速列车的基本气动性能不发生恶化,最终筛选出8个Pareto最优头型。对于这8个Pareto最优头型,相对于原始头型来说,横风下的侧力最多可降低3.06%,横风下的升力最多可降低19.60%,无风时的气动阻力最多可降低4.51%,无风时的气动升力最多可降低9.68%。

关键词：多目标优化高速列车遗传算法参数化模型横风

横风作用下高速列车-桥梁系统气动特性风洞试验

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交通运输工程学报 2020年第1期20卷 132-139页

作者：邹思敏何旭辉王汉封唐林波彭天微中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075

为研究高速列车在运营过程中的气动特性,分析其气动特性变化机理,设计了2种高速列车-桥梁系统的气动特性风洞试验方案;开发并建立了适用于在风洞中的高速列车-桥梁系统试验方法与系统;试验系统分为运动系统与数采系统2个部分;运动系统... 详细信息

为研究高速列车在运营过程中的气动特性,分析其气动特性变化机理,设计了2种高速列车-桥梁系统的气动特性风洞试验方案;开发并建立了适用于在风洞中的高速列车-桥梁系统试验方法与系统;试验系统分为运动系统与数采系统2个部分;运动系统基于惯性驱动原理,以高速伺服电机为驱动力,通过高强度旋转传送带将缩尺比为1∶8~1∶30的移动车辆模型在风洞中以最高速度50 m·s^-1模拟真实运行环境中运行;在运动系统的搭载下,自主研发了一套数采系统,并在风洞实验室中对有无横风作用下的列车进行了气动特性测试。分析结果表明:试验方法与系统适用于加减速距离短、瞬时加速度大的试验场景,且不受车辆外形与基础设施的限制,可降低设计成本,提高试验的安全与稳定性;标准误差与平均值之比均不大于10%,表明数采系统测试的车辆气动特性有较好的平稳性和可重复性,能够精准得到列车在不同试验条件下的气动特性;通过对比有无横风作用下的列车气动特性,得到列车速度对车辆的气动特性影响极其重要;列车高速移动时,其因速度产生的气动影响远远大于横风,且表面测点平均风压系数最大值可达-10,反映了静态模型的试验方式不能够满足模拟列车高速运行时气动特性状态。

关键词：高速列车列车-桥梁系统风洞试验横风气动特性表面风压

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横风下高速列车的非定常气动特性及安全性

机械工程学报 2016年第6期52卷 124-135页

作者：张亮张继业李田张亚东殷中慧西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

为研究横风下不同路况(平地、路堤、桥梁)运行时的高速列车非定常气动特性及安全性,基于空气动力学和多体系统动力学理论,建立高速列车空气动力学模型和车辆系统动力学模型。采用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)方法,计算在... 详细信息

为研究横风下不同路况(平地、路堤、桥梁)运行时的高速列车非定常气动特性及安全性,基于空气动力学和多体系统动力学理论,建立高速列车空气动力学模型和车辆系统动力学模型。采用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)方法,计算在横风下运行速度为300 km/h列车的周围流场,风速为17.1 m/s,风向与列车运行方向垂直,得到各路况运行时高速列车车体所受非定常气动力的时域特性、频域特性及列车周围非定常流动结构。根据高速列车整车试验规范,以脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力为安全性指标,分析不同路况下列车的运行安全性。结果表明,横风中列车所受气动载荷存在明显的非定常性,各车辆的气动载荷功率谱密度存在明显峰值,气动载荷主频集中在5 Hz以内;复线路堤背风侧运行列车的安全性最差,其次为复线桥梁迎风侧、复线桥梁背风侧、复线路堤迎风侧、平地。

关键词：高速列车横风非定常气动力多体系统动力学功率谱密度