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减振垫对高速列车地板结构中低频声振特性的影响

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应用声学 2024年

作者：丁海洋王瑞乾张学飞许子研张安聪常州大学机械与轨道交通学院常州西南交通大学轨道交通研究院

针对高速列车地板结构中低频(500 Hz以下)隔声量较低的问题，该文以地板中的减振垫为对象，探究其密度、泊松比及弹性模量的大小对高速列车地板结构声振特性的影响规律。首先，基于混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)方法建立了地板结构... 详细信息

针对高速列车地板结构中低频(500 Hz以下)隔声量较低的问题，该文以地板中的减振垫为对象，探究其密度、泊松比及弹性模量的大小对高速列车地板结构声振特性的影响规律。首先，基于混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)方法建立了地板结构的隔声及声辐射预测模型；接着，利用验证后的模型分别对减振垫的密度、泊松比及弹性模量对地板结构隔声和振动声辐射的影响开展了计算分析，重点分析了其在中低频的作用机理；最后，试制了3种不同参数的减振垫，并将其应用于某高速列车地板结构中，通过试验评价了其对地板结构隔声性能的改善效果。结果证明：密度、泊松比的增大有利于隔声量的提高，而不利于辐射声功率的提高；而随着弹性模量的增加，隔声量降低，辐射声功率提高，增加至0.8 GPa，隔声量与辐射声功率均出现拐点；改变减振垫材质来实现结构隔声性能的提升，对结构的改变较小，具有轻量化特点，有重要的工程实用意义。

关键词：减振垫隔声声辐射混合有限元-统计能量分析轻量化

受电弓仿生导流罩对高速列车横风气动特性影响研究

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 936-948页

作者：张洁丁艳思邓海韩帅高广军中南大学重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南长沙410075 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 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 中车长春轨道客车股份有限公司总体研发部吉林长春130062

横风作用下高速列车气动横向力和倾覆力矩显著增加,气动性能显著恶化,列车脱轨、倾覆可能性增大,严重影响列车运行安全。受电弓作为高速列车核心的外突部件,直接受到横风的影响,因此改善受电弓区域的横风气动性能显得尤为重要。以鞘翅... 详细信息

横风作用下高速列车气动横向力和倾覆力矩显著增加,气动性能显著恶化,列车脱轨、倾覆可能性增大,严重影响列车运行安全。受电弓作为高速列车核心的外突部件,直接受到横风的影响,因此改善受电弓区域的横风气动性能显得尤为重要。以鞘翅目生物形态为原型,构建受电弓仿生导流罩几何外形,并以8车编组高速列车为基准,建立4种不同的计算模型:原始模型(模型Ⅰ)、仅受电弓Ⅰ加装导流罩(模型Ⅱ)、仅受电弓Ⅱ加装导流罩(模型Ⅲ)、受电弓Ⅰ和Ⅱ均加装导流罩(模型Ⅳ)。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,分析不同方案下高速列车整车以及受电弓区域的横风气动性能。研究结果表明:安装受电弓导流罩后,气流更为平顺地越过受电弓区域,阻滞效应减小,下游车体顶部和受电弓Ⅱ(升弓)区域的气流速度有所增加,同时造成列车背风侧的流场结构改变。相比原始模型(模型Ⅰ),导流罩模型(模型Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)均可减小列车气动横向力和倾覆力矩,其中模型Ⅱ和模型Ⅲ的横向力分别减少9.65%、4.18%,倾覆力矩分别减少11.47%、4.37%;受电弓Ⅰ与受电弓Ⅱ均被包裹的模型Ⅳ效果最为显著,8车编组列车横向力和倾覆力矩分别减少11.39、16.81%。研究成果可为横风环境下新一代高速列车受电弓区域优化设计提供参考。

关键词：高速受电弓仿生导流罩横风适应性速度分布

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纵向螺栓预紧力对盾构隧道纵向刚度影响分析

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第9期52卷 110-117页

作者：黄大维姜浩封坤彩国庆华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室

为研究纵向螺栓预紧力对盾构隧道纵向刚度的影响，通过理论计算与模型试验，提出了考虑纵向螺栓预紧力的盾构隧道纵向刚度解析算法，分析了纵向螺栓预紧对纵向刚度的影响．结果表明：纵向螺栓预紧力将影响盾构隧道环缝发生张开的初始弯... 详细信息

为研究纵向螺栓预紧力对盾构隧道纵向刚度的影响，通过理论计算与模型试验，提出了考虑纵向螺栓预紧力的盾构隧道纵向刚度解析算法，分析了纵向螺栓预紧对纵向刚度的影响．结果表明：纵向螺栓预紧力将影响盾构隧道环缝发生张开的初始弯矩；当环缝处弯矩大于环缝发生张开的初始弯矩时，环缝张开增量与其弯矩增量成正比，而与纵向螺栓预紧力无关；当加载较小时，纵向螺栓预紧力对盾构隧道纵向刚度有显著提升；随着加载的逐渐增大，纵向螺栓预紧力对盾构隧道纵向刚度的提升效果逐渐减小；在分析纵向螺栓预紧力对盾构隧道纵向刚度的影响时建议不考虑纵向螺栓预紧力对地铁盾构隧道纵向刚度的影响．

关键词：盾构隧道纵向刚度纵向螺栓预紧力理论计算模型试验

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横风作用下空载和满载敞车的动力学特性对比

交通运输工程学报 2024年第3期24卷 217-226页

作者：王开云何文涛胡彦霖閤鑫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

建立了考虑1节机车和4节敞车的货物列车空气动力学模型,研究了风速对空载和满载敞车车体表面压力分布规律的影响,计算了敞车受到的气动载荷,并将气动载荷加载到货物列车动力学模型,从车体姿态和运行安全性两方面分析了不同速度横风作用... 详细信息

建立了考虑1节机车和4节敞车的货物列车空气动力学模型,研究了风速对空载和满载敞车车体表面压力分布规律的影响,计算了敞车受到的气动载荷,并将气动载荷加载到货物列车动力学模型,从车体姿态和运行安全性两方面分析了不同速度横风作用下空载和满载敞车的动力学特性。研究结果表明:在横风作用下,机车后第1节敞车受到的侧力、升力和侧滚力矩最大,当风速为10 m·s^(-1)时,最大值分别为-7.17 kN、4.59 kN、1.89 kN·m;对于第1节敞车,当风速为10 m·s^(-1)时,满载敞车受到的侧力、点头力矩和摇头力矩相比于空载敞车分别减小了15.8%、79.0%和12.2%,而受到的升力和侧滚力矩分别增大了39.9%和56.6%,因此,装载状态对横风作用下敞车气动载荷有较大影响;空载敞车更易受气动载荷影响,当风速分别为25、30 m·s^(-1)时,空载敞车1的车体横移分别为-12.66、-14.82 mm,满载敞车1的车体横移分别为-12.01、-13.68 mm,空载敞车1的车体侧滚角分别-0.69°、-0.83°,满载敞车1的车体侧滚角分别-0.64°、-0.73°,因此,空载敞车横移与侧滚角大于满载敞车;当风速为25 m·s^(-1)时,空载敞车的轮重减载率达到0.68,已超出安全限值0.65,而满载敞车的轮重减载率为0.24,小于安全限值,当风速为30 m·s^(-1),空载敞车的倾覆系数达到0.75,接近安全限值0.80,而满载敞车的倾覆系数仅为0.23,因此,较大速度横风作用下,空载敞车存在较大的运行安全风险。

关键词：车辆工程货物列车敞车横风气动特性动力学特性运行安全性

轮轨激励对机车含裂纹齿轮接触特性及应力强度因子影响

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交通运输工程学报 2024年第4期24卷 148-160页

作者：朱海燕陶则宇王宇豪王梦威张卫华肖乾易勇华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 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

使用数值法求解了齿根裂纹故障齿轮的时变啮合刚度,建立了六自由度齿轮动力学模型;采用Newmark法求解裂纹深度为1、2、3 mm齿轮传动系统动态响应,对时域信号进行了分析,计算了不同统计指标对不同故障程度的敏感度;结合多体动力学,建立... 详细信息

使用数值法求解了齿根裂纹故障齿轮的时变啮合刚度,建立了六自由度齿轮动力学模型;采用Newmark法求解裂纹深度为1、2、3 mm齿轮传动系统动态响应,对时域信号进行了分析,计算了不同统计指标对不同故障程度的敏感度;结合多体动力学,建立了机车多体动力学模型,求解了18、19、24阶数车轮多边形激励以及0.5、1.0、1.5 mm波深钢轨波磨激励工况下含齿根裂纹齿轮传动系统接触特性,模拟了不同激励工况下的齿面接触状态。分析结果表明:时变啮合刚度随着裂纹扩展角度和裂纹深度的增加逐渐下降;随着裂纹深度的加深,传动系统的振动冲击愈加剧烈;脉冲因子对裂纹故障特征较为敏感,适合作为裂纹故障特征评价指标;随着车轮多边形阶数和钢轨波磨波深的增加,含裂纹单齿齿面接触力最大值分别约为无激励工况下的3.0和6.4倍,当车轮多边形阶数为24阶时,齿面接触合力和单齿齿面接触力均达到最大值,分别为4125、1178 N;Ⅰ型裂纹应力强度因子数量级远大于Ⅱ型裂纹应力强度因子,Ⅰ型裂纹在裂纹扩展中占主导地位,且应力强度因子随着载荷和扩展程度增加而增大,说明轮轨激励的存在会导致含裂纹齿裂纹扩展速率增加,缩短其使用寿命,影响机车的安全运行。

关键词：车辆工程车轮多边形钢轨波磨机车齿轮齿根裂纹接触特性应力强度因子

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内燃机车车顶高温浮射流扩散规律的数值研究

空气动力学学报 2024年第7期42卷 58-67,I0001页

作者：伍钒汤柠铭于德壮韩胜鲁红兵徐任泽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长沙410075 轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室长沙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长沙410075 中车大连机车车辆有限公司机车开发部大连116000 天津轨道交通运营集团有限公司津铁车辆天津300392

内燃机车在高海拔偏远山区的非电气化铁路中得到了广泛应用,然而其在运行过程中,车顶产生的高温浮射流将紧贴车顶表面流动,导致列车车顶局部过热,从而影响列车的运行安全。基于实车试验验证的数值模拟方法,对高海拔地区运行的5辆编组列... 详细信息

内燃机车在高海拔偏远山区的非电气化铁路中得到了广泛应用,然而其在运行过程中,车顶产生的高温浮射流将紧贴车顶表面流动,导致列车车顶局部过热,从而影响列车的运行安全。基于实车试验验证的数值模拟方法,对高海拔地区运行的5辆编组列车(包括2节内燃机车)进行仿真研究,并分析了不同运行速度和射流入射角度对高温浮射流扩散特性的影响。研究结果表明:随着运行速度的提高,射流运动轨迹线降低,导致高温气流更贴近列车车顶,特别是当内燃机车以最高运行速度160 km/h运行时,列车车顶的高温区域达到最大;增大射流入射角度能够有效减轻高温浮射流受到的来流冲击作用,进而提高射流轨迹线并降低车顶表面温度,当高温浮射流的入射角度达到45°时,列车车顶最高温度下降51.6%。本研究的发现为降低高海拔铁路上内燃机车车顶设备损坏风险提供了重要的参考。

关键词：内燃机车高温浮射流扩散与混合数值仿真

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面向脱轨后被动安全防护的转向架结构优化

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1989-1999页

作者：胡玉炜唐兆陈涛彭子豪庄达源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

为了验证和优化列车转向架部件的脱轨后被动安全防护效果,提出基于多边形接触模型的列车脱轨后接触建模方法,并建立列车脱轨后动力学模型,模拟不同结构参数组合下的列车脱轨后运行行为。将所得横移量和结构参数组合作为反向传播神经网... 详细信息

为了验证和优化列车转向架部件的脱轨后被动安全防护效果,提出基于多边形接触模型的列车脱轨后接触建模方法,并建立列车脱轨后动力学模型,模拟不同结构参数组合下的列车脱轨后运行行为。将所得横移量和结构参数组合作为反向传播神经网络模型的训练样本,拟合两者之间的非线性关系,采用基于锦标赛选择的自适应遗传算法搜索横移量最小解及其对应的参数组合。以拖车制动盘优化问题为例,运用该优化模型进行结构参数优化。研究结果表明:在100 km/h脱轨速度下,制动盘的最优结构参数组合的半径为335 mm、厚度为80 mm、安装位置为320 mm;与原设计相比,车辆脱轨后横移量减少80.2%,大幅度提高了制动盘被动安全防护能力。本文所提出的建模方法和优化模型可推广应用于其他列车结构的脱轨后被动安全防护能力优化和验证,具有较大的工程实用价值。

关键词：脱轨后行为多边形接触模型(PCM) 结构参数优化反向传播神经网络遗传算法

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高速列车转向架底部包覆板气动减阻效果研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1758-1770页

作者：李健曾维毅周垚光谢子豪中南大学重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南长沙410075 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

转向架的复杂机械结构及非流线化外形对高速列车气动性能产生不利影响,优化列车转向架底部流场结构,降低转向架的气动阻力占比,是进一步降低高速列车气动阻力的重要手段。为此,参考现有高速列车转向架结构设计2种转向架底部包覆板,并建... 详细信息

转向架的复杂机械结构及非流线化外形对高速列车气动性能产生不利影响,优化列车转向架底部流场结构,降低转向架的气动阻力占比,是进一步降低高速列车气动阻力的重要手段。为此,参考现有高速列车转向架结构设计2种转向架底部包覆板,并建立3种转向架包覆方案:方案一为带倾角包覆板+全包围裙板;方案二为平直包覆板+全包围裙板;方案三作为对照组未安装底部包覆板。基于k−ω方程湍流模型,探究不同包覆方案下高速列车气动阻力变化规律,对比分析3种方案对转向架及整车气动阻力、转向架舱内压力分布以及列车底部流动特性的影响,并通过全尺寸转向架风洞试验验证数值仿真的可靠性。研究结果表明:转向架包覆板有效减弱了气流对转向架零部件以及转向架舱后端板的冲击,使得转向架舱内压力分布更均匀,进而降低了转向架气动阻力;方案一和方案二分别使头车阻力系数降低17.3%和22.2%,整车阻力系数降低11.6%和12.9%;与方案二相比,方案一中包覆板两端的倾角能够引导气流进入转向架舱内部,加速舱内的流动循环,有利于牵引电机、轴盘等转向架零部件与外部空气的换热。研究结果可为进一步优化转向架包覆板设计方案、降低列车气动阻力提供参考。

关键词：高速列车包覆结构转向架气动减阻流动结构

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