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基于机器学习的长编重联动车组碰撞能量管理方案优化

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 1218-1230页

作者：姚曙光谢旻翰李治祥张鹏董云辉中南大学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

为有效缓解交通运输压力,采用动车组重联运行可以成倍提高载客量,然而一旦发生碰撞事故,巨大的碰撞能量将造成严重的乘员损伤和财产损失,长编重联动车组碰撞能量管理已成为重点研究对象。本文提出均匀耗散和集中耗散2种碰撞能量管理模式... 详细信息

为有效缓解交通运输压力,采用动车组重联运行可以成倍提高载客量,然而一旦发生碰撞事故,巨大的碰撞能量将造成严重的乘员损伤和财产损失,长编重联动车组碰撞能量管理已成为重点研究对象。本文提出均匀耗散和集中耗散2种碰撞能量管理模式,以头车和中间车车端的吸能装置平台力和压缩行程为设计参数,基于KNN、MLS、RBF和RF的4种机器学习算法,开展长编重联动车组碰撞能量管理方案优化设计。研究结果表明:预测头车吸能量和中间车自身耗散能量方差的最优机器学习模型分别是MLS和RBF,相对误差均在4%以内;头车和中间车的吸能元件平台力是影响头车界面吸能量的主要参数,中间车吸能装置参数是影响中间车界面碰撞能量分布是否均匀的主要参数;集中耗散模式下头车和重联界面吸收了碰撞能量48.24%,中间车界面吸收了碰撞能量51.76%,该能量分配模式要求头车前端吸能装置具有更高的吸能量;均匀耗散模式下头车和重联界面吸收了22.75%的碰撞能量,中间车界面吸收了77.25%的碰撞能量,该能量分配模式会增大车间距导致列车长度增加;优化获得的2种碰撞能量管理方案都能在时速36 km/h对撞工况下保证长编重联动车组车体结构完整,且车体120 ms最大平均加速度分别为2.64g和2.36g。

关键词：长编重联动车组碰撞能量管理多目标优化 NSGA-Ⅱ 机器学习

海拔对隧道救援站列车火灾烟气蔓延特性的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1602-1617页

作者：周丹张则栋陈涛李金柱陈光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

采用三维非定常N-S方程和完全浮力修正的RNG k-ε湍流模型,基于滑移网格技术实现列车在隧道内的运动过程模拟,构建高海拔隧道紧急救援站列车火灾数值模拟方法,并利用现有动模型试验和隧道静止火灾试验数据验证数值模拟方法的可靠性和正... 详细信息

采用三维非定常N-S方程和完全浮力修正的RNG k-ε湍流模型,基于滑移网格技术实现列车在隧道内的运动过程模拟,构建高海拔隧道紧急救援站列车火灾数值模拟方法,并利用现有动模型试验和隧道静止火灾试验数据验证数值模拟方法的可靠性和正确性,研究海拔对事故隧道、紧急救援站和列车中部车厢附近横通道内的烟气流速和温度分布的影响规律。研究结果表明:当着火列车驶入隧道紧急救援站时,活塞风主导了火灾烟气的蔓延趋势;在列车停车瞬间,随着海拔增大,事故隧道拱顶处和列车中部车厢附近横通道拱顶处的烟气流速峰值及温度峰值逐渐增大;列车停车后,活塞风逐渐衰减,烟气开始在隧道拱顶处向火源上游逆流;随着海拔增大,紧急救援站下游高温区域蔓延范围逐渐扩大,事故隧道拱顶处温度峰值随之升高;随着时间推移,高海拔与低海拔隧道拱顶处的温度峰值差异逐渐增大,可能对更高海拔隧道救援站内的人员安全造成更大的威胁;不同海拔处列车中部车厢附近横通道内人眼高度处的温度均超过330 K(对人体有危害),且在同一时刻,海拔越高,横通道内高温烟气层高度越低,烟气沉降速度明显加快。

关键词：高海拔列车火灾隧道紧急救援站烟气蔓延

地铁列车火灾事故下车门数与平台高度对区间隧道疏散的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1581-1590页

作者：孙江涛鲁寨军周丹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

地铁列车在隧道内运行过程中突发火灾时,往往不能立即停车进行疏散。列车火灾事故下烟气蔓延严重,加之隧道内环境昏暗、空间狭窄,疏散过程中人员安全受到极大威胁。通过构建列车火灾事故烟气蔓延与区间隧道疏散数值仿真模型,研究列车单... 详细信息

地铁列车在隧道内运行过程中突发火灾时,往往不能立即停车进行疏散。列车火灾事故下烟气蔓延严重,加之隧道内环境昏暗、空间狭窄,疏散过程中人员安全受到极大威胁。通过构建列车火灾事故烟气蔓延与区间隧道疏散数值仿真模型,研究列车单节车厢含4个车门、5个车门与车门距疏散平台高度分别为0、0.3、0.7和1.2 m时的人员疏散行为特征变化规律。研究结果表明:在列车发生火灾事故时,高温烟气受活塞风的影响向火源下游区域蔓延,火源下游区域人员疏散受到极大影响;单节车厢4个车门的疏散总时间比单节车厢5个车门的疏散总时间长;当列车车门距平台高度增加时,人员离开车厢的时间增加,从而增加人员疏散总时间;隧道内高温烟气导致火源上游出口拥堵程度明显比下游出口的拥堵程度高,且列车车门距平台高度增加使得火源上游出口处的拥堵程度得到缓解,火源下游出口拥堵程度先缓解后逐渐加剧。

关键词：地铁区间隧道列车火灾车门数量疏散平台高度区间隧道疏散

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海拔对隧道内列车火灾烟气蔓延特性影响

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第8期51卷 231-242页

作者：周丹盛紫琰李金柱陈光张则栋孟爽陈涛中南大学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

为探究海拔高度对隧道内列车火灾烟气蔓延的影响,基于已被验证的数值模拟方法,结合三维非定常N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用滑移网格技术模拟了在隧道内匀速运行的列车发生火灾后减速并最终停在隧道内的整个运动过程,并利用动模型试... 详细信息

为探究海拔高度对隧道内列车火灾烟气蔓延的影响,基于已被验证的数值模拟方法,结合三维非定常N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用滑移网格技术模拟了在隧道内匀速运行的列车发生火灾后减速并最终停在隧道内的整个运动过程,并利用动模型试验和缩尺隧道火灾试验数据验证了数值模拟方法的可靠性.结果表明:海拔高度对隧道内列车停车以后的火灾烟气蔓延影响明显;与低海拔隧道相比,同一时刻高海拔隧道拱顶同一位置处的烟气流速更快,烟气逆流至火源上游50 m处的时刻更早;车体周围温度分布也随着海拔高度的不断增加而呈现出逐渐上升的趋势.与0 m海拔隧道相比,5000 m海拔隧道内烟气逆流至火源上游50 m的时刻提前了102 s,同时列车停车360 s时隧道拱顶处的温度峰值增加了216 K,增幅达到42.9%.

关键词：列车火灾海拔高度数值模拟 RNG k-ε湍流模型

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高速列车转向架区域气动发声尺度特征研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1734-1744页

作者：卢鑫源刘翰林杨志刚吕镇东袁思齐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 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

基于大涡模拟(LES)和声学有限元法,在400 km/h车速条件下,对1:8缩比尺度简化转向架模型进行数值模拟研究,并仿真对比同一模型在1:4、1:8、1:16和1:25缩比下的流场扰动特征及气动发声特征。研究结果表明:转向架区域内前缘剪切流与转向架... 详细信息

基于大涡模拟(LES)和声学有限元法,在400 km/h车速条件下,对1:8缩比尺度简化转向架模型进行数值模拟研究,并仿真对比同一模型在1:4、1:8、1:16和1:25缩比下的流场扰动特征及气动发声特征。研究结果表明:转向架区域内前缘剪切流与转向架本体以及转向架舱之间的耦合作用明显,可见L1和L2两种典型的循环反馈扰动模式;转向架本体结构间也存在次一级扰动,这些扰动增强了剪切流动的不稳定性;这些扰动循环反馈模式即为该区域气动发声的主要模式。尺度变化较显著改变了转向架区域的流场扰动特征,尤其是L2反馈模式;随着尺度减小,表面脉动压力及声源能量向高频迁移,声源能量先减小后增大(变化范围在2 dB内),且构架和后轮对的声源能量占比有所增加;在缩比为1:4、1:8、1:16和1:25时,频率修正后的标准点平均声压级分别为105.5、103.9、104.3、105.1 dB(A)(变化范围在1.6 dB内)。对于全尺寸模型,这种差距将进一步扩大。

关键词：高速列车转向架尺度效应气动噪声大涡模拟声学有限元

400 km/h高速列车过隧道时列车风特性研究

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中国安全科学学报 2024年第1期34卷 106-115页

作者：熊小慧张朵朵耿语堂杨波唐明赞陈光中南大学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

为探明400 km/h高速列车在隧道内运行时的列车风特性,采用三维、非定常、可压缩和可实现的k-ε湍流模型进行数值模拟计算,分析隧道内列车风时域演变特征和空间分布特征,并按照列车各部分到达和驶离测点的时间对车体周围流场进行分区,采... 详细信息

为探明400 km/h高速列车在隧道内运行时的列车风特性,采用三维、非定常、可压缩和可实现的k-ε湍流模型进行数值模拟计算,分析隧道内列车风时域演变特征和空间分布特征,并按照列车各部分到达和驶离测点的时间对车体周围流场进行分区,采用5个特征参数衡量各区域内列车风速度的变化,探讨列车编组长度和隧道长度对列车风的影响。研究结果表明:隧道内列车风时域变化特征受列车运行位置和隧道内压力波传播的显著影响;列车风正峰值会随着列车编组长度、列车速度的增大而增加,且峰值到达时刻分别延后和提前,8车编组对应的列车风正峰值相较于3车编组时增加68.75%,400 km/h时的列车风正峰值相较于300 km/h时增加22.65%;同种隧道长度下的列车风速度最大正峰值出现在隧道中点位置处,且此处的波动更为剧烈复杂,主要是压缩波和膨胀波叠加得更加频繁。长隧道内压力波系叠加对列车风速度峰值的影响减弱,当隧道长度达到3 km时,列车风正峰值相较于1 km长度时下降30.70%。

关键词：高速列车 400 km/h高速铁路隧道列车风数值模拟

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热处理工艺对SLM打印波纹管耐撞性影响

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1931-1939页

作者：姚曙光余小龙黄冲许平周亿莉中南大学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

为了获得稳定的轴对称变形模式和较好的耐撞性,设计轴向轮廓为正弦曲线的薄壁锥形波纹管。采用SLM制备AlSi10Mg合金试样和波纹管,并进行拉伸实验和波纹管轴向压溃实验,采用实验和数值仿真研究退火、固溶和T6热处理对波纹管轴向压缩下耐... 详细信息

为了获得稳定的轴对称变形模式和较好的耐撞性,设计轴向轮廓为正弦曲线的薄壁锥形波纹管。采用SLM制备AlSi10Mg合金试样和波纹管,并进行拉伸实验和波纹管轴向压溃实验,采用实验和数值仿真研究退火、固溶和T6热处理对波纹管轴向压缩下耐撞性的影响。研究结果表明:265℃退火热处理后,波纹管在静压下出现裂纹失效,与未热处理相比,AlSi10Mg合金试样经T6热处理后伸长率由4.7%提升至13.8%,拉伸强度由413.2 MPa降低至135.3 MPa。波纹管压溃力波动范围随伸长率增加而减小。经265℃、2 h退火处理后,波纹管峰值力达到最大为7.11 kN,压溃力波动幅值最大,压溃力效率为65.9%。经T6热处理后,波纹管峰值力降到最小,为4.75 kN,压溃力波动为所有波纹管中最小,吸能量最少,为279.12 J。与T6热处理相比,经295℃、3 h退火热处理后,波纹管平均压溃力达到5.09 kN,提升了16%,吸能量达到最大,为341.24 J,提升了18.5%。为了提升SLM打印的波纹管耐撞击性能,热处理工艺需要在保证伸长率的同时尽量提高材料强度。

关键词：波纹管 SLM打印热处理耐撞性

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转向架腹板结构对高速列车气动噪声的影响

铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 924-935页

作者：袁野杨明智中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 轨道交通安全关键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

随着列车运行速度的不断提高,气动噪声问题日益突出,需要有效控制高速列车的气动噪声。为降低高速列车转向架区域的气动噪声,基于IDDES模型与FW-H声学方程,建立转向架不安装腹板及安装腹板的1:8缩比模型,通过数值仿真探究400 km时速下,... 详细信息

随着列车运行速度的不断提高,气动噪声问题日益突出,需要有效控制高速列车的气动噪声。为降低高速列车转向架区域的气动噪声,基于IDDES模型与FW-H声学方程,建立转向架不安装腹板及安装腹板的1:8缩比模型,通过数值仿真探究400 km时速下,转向架区域安装腹板后流场特性、噪声源强度、远场辐射噪声频谱特性和声压级幅值的变化,分析腹板对整车及转向架区域气动噪声的影响。研究结果表明:转向架区域底部安装腹板后,腹板的导流作用减缓了转向架部位的流体冲击和流体相互作用,抑制了转向架区域涡的形成,各频率下,转向架前、后轮对及构架的脉动压力级明显减小,有效降低了转向架区域气动噪声源的强度;转向架安装腹板后,各测点在200~1 000 Hz以及2 000 Hz以上频段的声压级幅值下降,其远场辐射噪声总声压级幅值也有所降低,其中,整车远场辐射噪声总声压级平均值降低2.33 dB(A),转向架辐射噪声总声压级平均值降低4.03 dB(A),转向架辐射噪声能量占整车辐射噪声能量的比例从53.2%下降到27.8%,转向架区域气动噪声得到有效控制;头车一位端转向架的降噪效果最好,辐射噪声总声压级平均值下降了5.88 dB(A),腹板对转向架辐射噪声的控制主要体现在对前、后轮对及构架等部件辐射噪声的控制。研究结果可为进一步优化高速列车气动噪声提供一定参考。

关键词：气动噪声高速列车转向架腹板流场降噪

裙板格栅方向对高速列车设备舱通风性能影响研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第2期51卷 132-143页

作者：姜琛汤鑫高广军洪晨周果龙金兰曾雪莲王璠轨道交通安全教育部重点实验室(中南大学) 湖南长沙410075 轨道交通安全关键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 湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082

为研究不同方向格栅对高速列车车下设备舱通风性能的影响,以一段某型高速列车实车所用设备舱为试验对象开展了风洞试验,同时基于Realizable k-ε湍流模型构建了风洞试验的数值计算模型.通过风洞试验结果验证了数值模型的准确性,并获得... 详细信息

为研究不同方向格栅对高速列车车下设备舱通风性能的影响,以一段某型高速列车实车所用设备舱为试验对象开展了风洞试验,同时基于Realizable k-ε湍流模型构建了风洞试验的数值计算模型.通过风洞试验结果验证了数值模型的准确性,并获得了一套适用于设备舱裙板格栅区域的网格划分参数.基于经风洞试验验证的数值模型和网格划分参数,建立了头车包含设备舱的三车编组数值计算模型.以不同方向格栅(竖向和横向)为研究对象,分析了300 km/h速度等级下设备舱格栅通风口的通风量及设备舱内部的速度分布情况.结果表明:装配两种格栅时,设备舱的总进风质量流率基本一致,其中,装配竖向格栅时,其两侧的进风质量流率基本一致,但装配横向格栅时,其两侧的进风质量流率有所差异,相较于前者,其y-侧的质量流率减少了6.59%,y+侧的增加了6.79%.装配竖向格栅时,气流均匀地从整个格栅区域进入,其进入方向与列车运行方向相同,且速度较小;装配横向格栅时,气流集中从格栅右侧区域进入,其进入方向与列车运行方向相反,且速度较大.通过综合对比质量流率及设备舱空间气流速度,发现装配横向格栅时的通风性能较优.

关键词：格栅设备舱风洞数值模拟