高架桥声屏障高度对高速列车气动特性的影响

针对现代高速铁路建设中大量采用高架桥的现况,为保证列车安全、舒适、环保运行,给高速铁路建设工程提供参考数据,研究行驶在高架桥上的高速列车气动特性.利用FLUENT模拟单线高架桥声屏障高度对高速列车气动特性的影响.将声屏障分为6种不同高度,不考虑横向风且列车运行速度为200 km/h.地面和高架桥均设为移动壁面边界条件,...     

高速列车车厢结构声-振耦合响应数值分析

为研究高速列车运行时结构表面产生的强声压对乘坐环境和结构破坏的影响,针对某型高速列车建立车厢声-振耦合有限元模型,研究车厢的结构模态、室内声场模态及结构-声场耦合系统模态;针对其所处特殊动态环境,计算耦合系统谐响应,考察其振动特点及室内噪声分布情况.计算结果表明,车厢结构低阶模态显示出良好的整体性,在较高频段内以局部模...     

高速列车车体结构振动特性分析

为验证某高速列车车下吊挂系统模态与车体模态的匹配关系,以及不同轮轨载荷下振动热点区域的幅频响应特性,用HyperMesh建立车体有限元模型,利用Radioss对模型进行模态、频率响应和谐响应分析,得到整车模态参数和车体各测点的响应变化曲线.结果表明,吊挂设备采用弹性悬挂可大幅增加整备状态下垂向弯曲频率;该车空调平顶处局部刚度大幅下降,吊挂设备的垂向激励频率应该避开24 Hz及其倍频;吊挂设备不宜直接吊挂在地板上.     

横风对高速列车气动性能的影响

随高速列车在横风下的气动特性急剧变化,安全问题十分突出。本文以京沪高铁CRH型动车组作为典型研究对象,建立三维模型,研究横风风速和列车车速对列车轮轨动力学的影响、单列高速列车在明线横风环境中运行的气动特性,从而得出如下结论：(1)列车在横向风中行驶时,选择列车的气动升力为例,以200 km/h和300 km/h运行的列车在风速从15.1m/s逐渐增加到30.0 m/s分别增加了340.6%和337.2%的气动升力;在风速为15.1 m/s, 22.2 m/s和30.0 m/s时,车速从200 km/h增加到300 km/h时,分别增加了18.3%、19.1%和20.1%的气动升力。由此可知,在横向风环境下列车车体所受的气动升力随着车速和风速的提高而逐渐增大。(2)在横风环境下,列车的迎风侧大部分区域受正压,背风侧大部分受负压,最大正压区域为头车鼻尖处,空气流速在列车上端拐角边缘最高。根据列车长度方向,列车两侧的压强差逐渐减少。通过对高速列车的气动特性进行研究,从而为高速列车风灾防治和运行安全管理提供参考,以及为制定具有自主知识产权的高速风灾安全预警控制系统提供了科学依据。     

底部导流板形式对高速列车气动阻力的影响

为减小高速列车运行时的气动阻力,设计直式、斜式、内圆弧式和外圆弧式等4种转向架前后底部导流板的高速列车模型.通过风洞试验验证数值模拟方法的有效性,采用数值计算分析底部导流板对列车气动阻力和底部流场的影响.结果表明：不同形式底部导流板的列车总阻力相差可达20%,其中头车气动阻力因数极差值最大为0.062.导流板影响列车底部气流速度和转向架区域压力分布,其导流作用使得转向架区域气动阻力和转向架的阻力同时改变.转向架前后导流板的导流效果越好,转向架区域的气动阻力越小;同时,气流冲击使得转向架上的滞止压力增大;在二者的共同作用下高速列车的总阻力存在一个较小值.底部采用直式导流板对降低全车气动阻力的效果最好.     

列车底部结构对交会高速列车气动性能的影响

用CFD法对具有复杂底部结构(带有转向架或带有转向架和裙板)的高速列车以200 km/h等速交会的情况进行数值模拟和分析,研究其压力波、气动力和气动力矩以及车体周围的流场结构的变化.结果表明:与简化模型相比,带有复杂底部结构的列车交会时的压力波的头波和尾波都有所减小且尾波减小的程度更高,带有转向架的车体的横向力、横摆力矩和侧翻力矩的峰值明显减小,但变化更复杂;带有复杂底部结构的列车在车体底部会形成涡结构,有明显的能量耗散.     

高速列车空气动力学CAE分析技术的任务和方向

针对中国高速列车运营时速已接近380km／h,高速列车技术已完成消化吸收并进入国产原创阶段的状况,综述高速铁路设计中CAE分析技术的应用、高速列车计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）分析的3大任务以及高速列车空气动力学CAE分析技术的方向等,总结CAE在高速列车气动分析方面的任务和方向．阐明CAE分析已成为新一代高速列车设计和结构分析的核心技术,空气动力学CAE分析技术则占据设计分析的核心地位．     

基于遗传算法的高速列车头型多目标优化

高速列车的气动阻力与列车的外形,特别是头部外形有着密切的关系.为了改善列车气动性能降低列车运行的气动阻力,建立高速列车的三维参数化模型,以高速列车头部所受的阻力和升力为优化目标,通过FLUENT软件与Isight软件多学科优化联合仿真分析方法,利用Sculptor软件对车头部分网格自动变形,基于计算流体力学,实现对高速...     

高速列车过隧道时的底板压力分析

基于空气动力学理论,建立列车通过隧道的模型,分析高速列车通过隧道时底板的压力.采用FLUENT进行数值模拟,得到列车底板各个监测面的压力时程曲线,提取底板的最大正压、最大负压和压力幅值,研究其变化规律.结果表明：底板压力沿横向变化较小;底板压力梯度和压力幅值较大区域均位于底板靠近一位端转向架位置;在相同速度下头车底板最前端的压力幅值最大;列车头车、中间车与尾车底板压力最大幅值近似与列车速度的平方成正比.     

Passenger comfort on high-speed trains: effect of tunnel noise on the subjective assessment of pressure variations

When passing through a tunnel, aerodynamic effects on high-speed trains may impair passenger comfort. These variations in atmospheric pressure are accompanied by transient increases in sound pressure level. To date, it is unclear whether the latter influences the perceived discomfort associated with the variations in atmospheric pressure. In a pressure chamber of the DLR-Institute of Aerospace Medicine, 71 participants (M = 28.3 years ± 8.1 SD) rated randomised pressure changes during two conditions according to a crossover design. The pressure changes were presented together with tunnel noise such that the sound pressure level was transiently elevated by either +6 dB (low noise condition) or +12 dB (high noise condition) above background noise level (65 dB(A)). Data were combined with those of a recent study, in which identical pressure changes were presented without tunnel noise (Schwanitz et al., 2013, ‘Pressure Variations on a Train – Where is the Threshold to Railway Passenger Discomfort?’ Applied Ergonomics 44 (2): 200-209). Exposure-response relationships for the combined data set comprising all three noise conditions show that pressure discomfort increases with the magnitude and speed of the pressure changes but decreases with increasing tunnel noise.

Practitioner Summary: In a pressure chamber, we systematically examined how pressure discomfort, as it may be experienced by railway passengers, is affected by the presence of tunnel noise during pressure changes. It is shown that across three conditions (no noise, low noise (+6 dB), high noise (+12 dB)) pressure discomfort decreases with increasing tunnel noise.     

基于最小二乘法的高速列车位置估计

随着高铁列车运营速度的不断提高,列车运行控制系统对列车的定位精度要求也越来越高。每经过一个定位应答器,列车将进行一次位置校核,使定位误差变为0 m。但列车在相邻两应答器间的定位误差会随着列车不断的运行而逐渐增大。针对这一问题,建立了列车位置计算的数学模型,以及高速铁路列车位置估计的速度平均法模型和最小二乘法模型;利用武汉-广州高铁实测数据对模型进行验证。结果表明,与速度平均法模型相比,最小二乘法模型能减少一半的定位误差,能更好地估计列车的位置。     

基于STeC的高速列车运行模型与算法

为了使高速列车正点运行到达目的车站,提出了基于STeC(时空一致性)语言的高速列车运行模型与算法。该模型具有位置触发自动调整高速列车运行的特点,实现动态确定高速列车制动点并保证列车正点到达目的车站,从而满足了高速列车运行实时系统对时间和空间的一致性要求。通过Matlab/Simulink的仿真测试,证明了该模型的正确性和有效性。     

裙板安装对高速列车气动性能影响的数值分析

为研究裙板安装对高速列车气动阻力及侧风安全稳定性的影响,用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法分析国外某高速列车转向架及其周边裙板结构对整车气动性能的影响.在无侧风且列车行驶速度为350km/h时,模拟分析不安装裙板及在不同位置安装裙板情况下列车的气动性能;在有强侧风情况下,模拟分析列车在50～350km/h之间不同行驶速度工况时的气动性能.结果表明,列车底部安装裙板可有效降低列车气动阻力,在头尾第1对转向架处安装裙板对列车气动阻力的降低最有效;在强侧风下,列车底部安装裙板会造成列车的侧向力和侧翻力矩加大,降低列车行驶安全性.     

基于排列组合熵的高速列车走行部故障分析

针对列车走行部的多种故障模式,提出了基于排列组合熵的高速列车走行部故障诊断方法.对原车和抗蛇行减振器失效、空气弹簧失气、横向减振器失效四种工况进行仿真实验,得到列车不同位置的振动信号.计算列车振动信号的排列组合熵,首先实现了同一速度下不同故障的分离,然后以排列组合熵作为故障特征向量,对特征向量进行多级SVM分类识别.实验结果表明,该方法可以有效识别列车同一速度下的不同故障,高速时对四种工况的平均识别率达97％以上.     

高速列车运动仿真可视化建模研究

以CRH 系列高速列车为研究对象,建立了基于变参数的列车三维动态仿 真模型,实现了多种列车单元模型在运动过程中的实时调入和装配,满足了高速列车运动仿 真多样性的要求。采用Visual C++ 6.0、OpenGL 三维图形库和Oracle 数据库开发完成高速 列车运动仿真系统,实现高速列车运动仿真可视化建模以及与线路设计之间的有效集成。通 过实际应用,取得了较好的仿真效果。