基于虚拟现实的汽车高速路侧风稳定性试验虚拟场景建模及试验研究

基于虚拟现实技术,三维构建了高速道路场景的主要场景模型,包括地面模型、附属景物模型、高速路隧道模型、汽车模型等,并对模型进行优化处理,从而构建汽车高速路侧风稳定性虚拟试验场景,为汽车高速路侧风稳定性试验提供理论和方法依据。完成了汽车高速路侧风稳定性实车道路试验,重点研究了高速隧道口侧风对汽车行驶轨迹的影响。实验证明隧道进出口的侧风对汽车的行驶轨迹有一定的影响,尤其在隧道出口汽车行驶方向偏离显著,达到了研究预期。     

侧向风干扰下的汽车主动前轮转向最优控制

侧向风对汽车行驶操纵稳定性有重要影响.通过分析侧向风干扰下车辆稳定性,提出基于主动前轮转向(active front wheel steering,AFS)的控制策略.AFS控制器采用线性二次型最优控制算法,以实现横摆角速度和质心侧偏角目标值跟踪.为了评价控制算法,基于MATLAB/Simulink和CarSim协同仿真环境建立整车动力学模型、单点预瞄驾驶员模型、控制器模型、道路和侧向风模型.仿真结果表明,AFS可有效提高车辆在侧向风干扰下的操纵稳定性,且控制算法对车速和路面附着系数具有良好的鲁棒性.     

基于模型预测控制的汽车侧风稳定性研究

针对汽车高速行驶时在侧风环境下的气动稳定性问题,建立汽车多体动力学与汽车空气动力学的动态耦合模型,研究基于模型预测控制的主动转向控制对汽车侧风稳定性的影响,对比分析某轿车在有、无主动转向控制的动力学与流场响应.研究结果表明:高速行驶车辆在侧风作用下,有、无基于模型预测控制的主动转向的最大侧向位移分别为0.23 m与1....     

两串列方形高层建筑局部风压干扰特性分析

对2个完全相同的串列方形高层建筑模型进行了受扰建筑风压测量的风洞试验。根据试验结果,分析了施扰模型相对位置和高度变化对受扰模型局部风压的影响。结果显示,高度比固定,迎风面平均风压在间距比小于3时为负压。大于3时为正压,侧风和背风面平均负风压及各个面脉动风压均在间距比等于3时取得最大值。高度比变化,间距比小于3时,迎风面平均负风压随高度比的增大而增大,侧风和背风面则均在等高时取得最小值,和平均风压不同,迎风、侧风面脉动风压均在等高时取得最大值,背风面在等高时取得最小值;当间距比大于3时,平均风压在各个面上均随高度比的增大而减小,脉动风压在迎风和侧风面随高度比的增大而增大,背风面则在等高时取得最小值。     

青岛体育中心膜顶结构方案风荷载风洞实验

通过风洞实验研究了青岛体育中心膜顶结构方案的风荷载特性．实验是在模拟了B类地区的速度剖面下进行的,探讨了该膜顶结构的风荷载(包括时问平均风压,瞬时最大风压,瞬时最小风压和风压脉动均方根值)随来流风向角的变化规律。为类似的膜顶结构风荷载计算提供了有用的数据．     

侧风下峡谷桥隧连接段汽车的行驶特性

为保障山区高速公路的运营安全,研究了在风环境下峡谷桥隧连接段车辆瞬态气动特性及其规律,借助Carsim软件建立车辆模型,并模拟峡谷桥隧连接处的路段特性,以西汉高速桥隧连接段的实测数据输入风速值和侧风角度等参数,来模拟不同风速及角度对车辆行驶的影响。首先,对运行仿真后得到的车辆纵向速度、侧向加速度、车辆气动三分力(气动阻力、侧向力、气动升力)、气动侧偏角等参数进行分析;其次,通过分析不同车速、风速、风向角的车辆气动力,探究其对行车稳定性的影响程度;最后,研究了车辆在侧风环境下安全稳定行驶的临界车速和临界风速。研究结果表明:车辆行驶在有侧风作用影响下的峡谷桥隧连接段时,车速由60 km/h提升至80 km/h,车辆气动阻力、侧向力及气动升力分别增加160%、53%及89%,并且在风速达80 km/h的冰雪路面下,伴随出现超过1 m的大偏移量侧滑,当经历西汉高速年最大风速31. 5 m/s(约113 km/h)时,车辆出现明显倾覆现象,对行车安全构成了一定的风险。     

复杂体型超高层建筑风压脉动特性

为研究超高层建筑顺风向和横风向脉动风压功率谱的变化规律,以某X型超高层建筑为工程背景,进行刚性模型测压风洞试验.利用Tamura等基于准定常假定提出的由顺风向脉动风速谱转化得到顺风向脉动风压谱的方法将Davenport和Kaimal风速谱转化为脉动风压谱,并将两者得到的风压谱与试验结果进行了对比;利用Ohkuma等提出的矩形建筑横风向风荷载功率谱的数学模型来拟合侧风面测点脉动风压谱,结果能够与试验很好的吻合.分析了相同高度处各测点之间以及不同高度测点层各测点脉动风压之间的相关性;最后研究了测点风压的水平和竖向相干性,并利用基于单参数最小二乘算法的计算程序对测点空间相干函数曲线进行拟合,结果与风洞试验吻合较好.     

高速汽车侧风响应仿真与影响侧风稳定性的结构参数分析

分别采用二自由度汽车模型和四自由度汽车模型，对匀速直行ＡＵ－ｄｉ１００轿车在方向盘固定条件下的侧风响应进行了仿真，并得到了实车侧风稳定性实验的验证。利用上述模型，以侧风作用２ｓ后汽车的侧向位移为评价指标，分析了ＡＵｄｉ１００轿车结构参数对其侧风稳定性的影响，得出的结论可以推广到其它具有类似结构的轿车上。     

CAARC标准高层建筑三维钝体绕流风场数值模拟

基于计算流体力学软件平台Fluent 6.3,选用基于雷诺平均(RANS)的标准κ-ε、Realizable κ-ε、RNG κ-ε和SST κ-ω4种湍流模型对大气边界层中CAARC标模的单栋高层建筑的三维定常风流场进行模拟分析,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行了比较分析.结果表明:数值模拟较好地反映了高层建筑周围风环境的绕流特性和表面风压的分布情况,4种湍流模型均能给出满足工程应用精度的结果.在迎风面时,与试验结果吻合良好;在侧风面和背风面时,数值模拟结果介于NPL与TJ-2试验结果之间.迎风面均受有正压力,在迎风面的2/3高度处为最大,两边及底下最小.建筑物的背风面和侧风面全部承受负压力.4种湍流模型的模拟结果之间差异较小,为高层建筑钝体绕流的研究提供了依据.     

大型冷却塔双塔组合表面风压干扰效应试验

针对圆截面双曲线冷却塔双塔组合展开刚体模型测压风洞试验,研究双塔在不同间距不同来流方向下的表面动静态风压分布情况.通过与单塔刚体模型测压试验结果进行对比,分析双塔组合风压干扰因子和等效风荷载比例系数随塔距及风向角的变化关系.同时,对双塔在几种典型布置形式下的表面动静态风压分布和绕流状态进行了深入的分析.研究发现:即使塔...     

侧风对轿车气动特性影响的数值模拟研究

选用某国产轿车1∶1模型,利用混合网格方案对不同强度侧风作用下的轿车外流场进行数值模拟,得到不同侧风强度下的流场速度压力分布及气动力系数变化情况.分析不同强度的侧风作用下的流场速度和压力分布,着重分析了尾部流场的变化,定性地解释了侧风对轿车气动力特性的影响,初步研究了尾流随侧风作用的变化机理.模拟结果表明,该车型在不同强度侧风作用下,侧向力系数和升力系数均随着侧风作用的增强而增大.研究结论为深入分析侧风作用下轿车外流场特性提供了有利的参考.     

An improved algorithm for fluid-structure interaction of high-speed trains under crosswind

Based on the train-track coupling dynamics and high-speed train aerodynamics, this paper deals with an improved algorithm for fluid-structure interaction of high-speed trains. In the algorithm, the data communication between fluid solver and structure solver is avoided by inserting the program of train-track coupling dynamics into fluid dynamics program, and the relaxation factor concerning the load boundary of the fluid-structure interface is introduced to improve the fluctuation and convergence of aerodynamic forces. With this method, the fluid-structure dynamics of a high-speed train are simulated under the condition that the velocity of crosswind is 13.8 m/s and the train speed is 350 km/h. When the relaxation factor equals 0.5, the fluctuation of aerodynamic forces is lower and its convergence is faster than in other cases. The side force and lateral displacement of the head train are compared between off-line simulation and co-simulation. Simulation results show that the fluid-structure interaction has a significant influence on the aerodynamics and attitude of the head train under crosswind conditions. In addition, the security indexes of the head train worsen after the fluid-structure interaction calculation. Therefore, the fluid-structure interaction calculation is necessary for high-speed trains.

     

高速铁路无砟轨道路基翻浆模型试验

针对高速铁路无砟轨道出现的路基翻浆病害,构建了足尺的轨道路基翻浆模型试验系统,量测了路基翻浆发生过程中路基的含水率、基质吸力和超孔隙水压力,分析了高速列车动荷载作用下路基动水压力的变化规律,并探讨了高速铁路无砟轨道路基翻浆的机理和影响因素.结果表明:无砟轨道基床表层在雨水入渗条件下基本处于饱和状态,在列车动荷载的长期作用下,易发生翻浆病害;超孔隙水压力的显著增大导致路基发生翻浆,翻浆区域内超孔隙水压力的增量沿基床表层深度方向上保持不变;饱和状态下,底座板两侧路基的超孔隙水压力较路基中心线下更高,更易发生翻浆.降低路基含水率或孔隙水压力可有效地防止和抑制路基翻浆的发生.     

Study on the flow behaviour and aerodynamic noise characteristics of a high-speed pantograph under crosswinds

The aerodynamic noise of high-speed trains increases significantly under crosswinds. Researches have typically focused on the characteristics of aerodynamic loads and the corresponding safety issues, with less attention to flow-induced noise characteristics. In the present paper, the near-field unsteady flow behaviour around a pantograph was analysed using a large eddy simulation. The far-field aerodynamic noise from a pantograph was predicted using the Ffowcs Williams-Hawkings acoustic analogy. The results showed that asymmetric characteristics of the flow field could be observed using the turbulent kinetic energy and the instantaneous vortexes in crosswind conditions. Vortex shedding, flow separation and recombination around the pantograph were the key factors for aerodynamic noise generation. The directivity of the noise radiation was inclined towards the leeward side of the pantograph. The aerodynamic noise propagation pattern can be considered as a typical point source on spherical waves when the transverse distance from the pantograph geometrical centre is farther than 8 m. The sound pressure level grew approximately as the 6 th power of the pantograph speed. The peak frequency exhibited a linear relationship with the crosswind velocity. The numerical simulation results and wind tunnel experiments had high consistency in the full frequency domain, namely, the peak frequency distribution range, the main frequency amplitude and the spectral distribution shape.     

组合模型对受电弓横风气动特性的影响

针对受电弓-接触网和受电弓-接触网-列车2种组合模型,基于三维可压缩流动的纳维-斯托克斯(N-S)动量方程,采用剪切压力传输(SST k-ω)湍流模式和有限体积法,对2种组合模型中的受电弓在不同横风条件下的气动特性进行了数值模拟和对比分析,并讨论横风风速对受电弓气动载荷的影响,采用量纲分析方法,建立受电弓气动力、力矩系数与横风风速、风向角之间的关系表达式.结果表明：与不考虑列车车体的情况相比,车体的存在改变了受电弓绕流场特性,且对受电弓的气动阻力、升力和俯仰力矩的变化规律产生显著影响,对侧向力、倾覆力矩和侧偏力矩的影响相对较小.研究结果可为横风条件下高速列车受电弓的运行安全性及优化设计提供一定的依据.     

侧风对冷却塔性能影响的特异性定量分析方法

基于换热平衡方程和空气动力方程的耦合关系,建立无侧风条件下,自然通风湿式冷却塔的热力性能计算模型,并利用MATLAB程序,通过迭代运算方法,对两方程进行联立求解,从而获得与现场测试相同的气象和运行条件下,剔除侧风影响后冷却塔通风量和冷却数的应达值,然后结合现场测试得到的实际通风量和冷却数,提出了可以特异地反映侧风对冷却塔性能影响的新指标。某3500m2冷却塔的计算结果表明,在模型散热量和实测散热量相同的条件下,侧风影响会使得冷却塔的通风量最大减少38.5％,此时体积分数为33.9％的填料没有得到有效利用,侧风还会增加冷却塔的冷却任务,相应的,需要冷却塔具有更好的冷却性能,这对于了解侧风对冷却塔性能的影响以及指导冷却塔的设计与改造有重要意义。     

城市公交线路平均站距分析与评价研究

在对上海市中心区域公交站距进行统计和分析的基础上,运用寻优拟合和K S检验法确定其实际公交平均站距,并通过公交停靠站站距优化模型,对市内区域的公交线路的平均站距设置的合理性进行评价.     

考虑拥堵的快速路直线式公交站线路容纳能力

在分析公交站台容纳线路影响因素的基础上,应用快速路路段上不同车流速度区分道路的拥堵程度,建立了描述不同拥堵条件下公交车停靠时间与路段车流量、速度之间关系的数学模型。通过对实际调查数据参数的统计标定,计算获得了不同道路流量流速条件下公交站台线路容纳能力,并以北三环蓟门桥西公交站为案例验证了模型的科学性与有效性。     

地震-高铁荷载共同作用下分层地基震动规律

为研究地震期间高速列车运行引起的地基震动规律,基于等效荷载法推导了频域内地震荷载输入公式,采用等效线性化方法考虑地基土非线性特性,结合高铁荷载下地基振动2.5维有限元计算方法,建立了地震-高铁荷载共同作用下非线性分层地基2.5维有限元模型,计算分析了车速及地基软硬对两动荷载共同作用下分层地基震动影响。结果表明：地震-高铁荷载引起的轨道中心处地面震动位移随车速的增大而增大;车速相同时轨道中心处地面震动位移随地基土刚度的增大而减小。地震和高铁荷载共同作用时地基震动会产生低频放大效应,车速越高、地基越软时地基低频震动放大效应越明显;两动载共同作用引起的地基中高频震动主要受列车荷载影响。近轨道中心处,地面震动主要受地震和高铁荷载共同作用影响;距轨道中心较远处,地面震动主要受地震荷载影响,高铁荷载的影响较小。