横风下桥梁高度对高速列车交会性能的影响

为研究横风下桥梁高度对高速列车会车性能的影响,基于空气动力学和列车系统动力学,分析指数风分布下不同高度桥梁周围的流场,建立高速列车多体系统动力学模型,模拟横风下列车在不同高度桥梁上会车时的表面压力特性和气动载荷特性.将得到的气动力作为外加载荷作用于列车上,分析桥梁高度对高速列车会车安全性能的影响.结果表明:当列车在环境风下交会时,背风侧列车的气动力波动大于迎风侧列车的气动力波动;当监测点风速固定且桥梁高度小于15 m时,随着桥梁高度的增加,列车的气动载荷最大幅值和安全指标最大幅值均有所减小;当桥梁高度为15～30 m时,随着桥梁高度的增加,列车的气动性能和动力学性能基本保持不变.     

横风下高速列车系统动力学的平衡状态法

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学提出了一种快速计算横风下高速列车系统动力学行为的平衡状态方法.首先,忽略轨道不平顺并利用流固耦合联合仿真方法计算横风下高速列车的平衡状态;然后,将平衡状态下的气动力加载到车辆-轨道耦合动力学模型并计算高速列车动力学响应.利用建立的平衡状态方法,研究了列车在速度为13.8 m/s的横风下以350 km/h速度运行时的流固耦合动力学行为.比较了平衡状态方法和联合仿真方法两种方法下列车姿态、安全性和舒适性指标的差异,计算结果差别在3.26%以内.研究结果表明:平衡状态方法计算横风下高速列车流固耦合的效率更高.     

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,...     

高速列车设备舱底板折边气动阻力和底板刚度分析

为研究高速列车设备舱底板折边气动阻力及折边对底板刚度的影响,按实际折边分布情况对列车头部和底板进行几何建模,分析列车以350 km/h,380 km/h和430 km/h运行时列车头部底板折边的气动阻力;分析有、无折边情形下底板在相同竖向均布载荷和约束作用下的变形.结果表明,不同车速下底板折边的气动阻力分布相似,且随着车速的提高而增大;降低折边高度对满足列车轻量化要求、提高列车运行速度有积极贡献;折边对底板的刚度有较大的贡献.     

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.     

高速列车受电弓气动噪声分析与降噪研究

随着列车速度的大幅提升,气动噪声问题愈发凸显。受电弓噪声在整车噪声中占较高位置,为研究高速列车受电弓气动噪声特性,通过Lighthill声学理论的宽频噪声模型对高速列车气动噪声源进行识别,利用定常SST k-w湍流方法分析高速列车受电弓的流场特性;基于大涡模拟与FW-H声学比拟理论计算高速列车受电弓远场气动噪声。数值算例结果表明,受电弓部位的碳滑板、弓头为受电弓主要噪声源;以轨道中心线为对称线,远场气动噪声监测点的声压级及频谱特性表现出较高的对称性;在同一列车运行速度下,监测点声压级随离轨道中心线距离增大而减小,列车以不同速度运行时,其声压级降低的幅值相差较小;高速列车远场气动噪声为宽频噪声,主要能量集中在500Hz~5000Hz。提出一种射流降噪方法,在350km/h速度下,监测点总声压级值降低了15.2dB。     

鼻尖状态对高速列车气动性能的影响

基于三维定常不可压N-S方程以及k-ε两方程湍流模型,分别在无横风和有横风环境下,用有限体积法研究高速列车车头鼻尖不同开闭状态对列车明线运行时气动性能的影响.用FLUENT分析车头鼻尖全开、全闭和半开半闭等3种不同开闭状态的高速列车气动性能,发现车头鼻尖开闭状态对列车侧向力和升力几乎没有影响,但对头车的阻力影响较大,这主要是由于头车鼻尖部分阻力变化较大引起的.在无横风环境下,车头鼻尖开闭状态对头车的气动力矩影响不大,但对尾车的点头力矩有一定影响.在横风环境下,车头鼻尖开闭状态对列车气动力矩影响不大.     

基于仿真与实测的列车远场气动噪声分析

随着高速列车气动噪声诱发的铁路沿线噪声污染问题变得日益明显,需对高速铁路诱发的远场噪声特性进行研究。基于Lighthill声学理论,应用LES大涡模拟和FW-H声学模型对高速列车整车的气动噪声进行数值模拟,实测高速列车以300 km/h运行时的通过噪声,将仿真与实测进行对比分析。高速列车诱发的远场气动噪声是宽频带噪声,能量主要集中在200~1500 Hz的中低频带范围内。实测与仿真的噪声声压级频谱分析具有相似的变化趋势,但声压级数值不同;由于实测噪声数据不仅包括气动噪声,还包括轮轨、集电系统噪声等,所以实测数据普遍大于仿真结果。通过对比分析验证了仿真结果的科学性,为数值模拟方法研究高速列车气动噪声问题提供了科学依据。     

基于重叠网格法的高速列车明线交会分析

研究了高速列车在明线交会时产生的瞬态压力波以及气动作用力将会对列车的运行安全产生不利影响.采用三维、非定常、可压缩流体控制方程和双方程湍流模型的数值方法,基于重叠网格法对时速300km高速列车明线交会的压力波进行研究.研究结果表明：重叠网格法能够解决高速列车明线交会的压力波变化问题,主区域网格与从属区域的动网格数据传输准确;高速列车相距70m,0.42s时列车进入交会,此时出现车头鼻尖处交会压力波“头波”,车头鼻尖处所受压力达到最大;0.95s列车车头行驶到通过列车的车尾处,两车纵向重合,出现“尾波”.     

高速列车脱落冰块冲击力特性试验研究

由于高速列车脱落冰块质量大、速度高,巨大的冲击力可能会造成轨道结构损伤,因此掌握高速列车脱落冰块冲击力特性是研究轨道损伤破坏的前提和基础.本文利用轻气炮驱动预制的圆柱形冰块,垂直冲击力传感器直接获取冲击力,研究冲击速度对冲击力特性的影响规律,同时运用高速摄像机研究冰块的冲击破碎特征.试验结果表明：在相同加载气压下,完整冰块的冲击力波形基本一致,冲击速度、峰值力和上升沿时间的最大偏差不超过7.6%,冲击力试验系统可靠稳定;速度在150 km/h到350 km/h范围内,冲击力波形基本一致,冰块破坏模式和破碎状态基本相同,随着冲击速度的增加,冲击作用时间越短,冲击力峰值随速度的增加而线性增大,总冲量随动能的增加而线性增加,而上升沿时间则变化不大,在32~40μs内波动;冲击力峰值随冰块动能与总冲量的增加而线性增加,最大线性偏离度基本在10%以内.     

汽车前端冷凝器进风不均匀性分析

针对汽车实际行驶过程中前端冷凝器进风不均匀的问题,采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）对不同车速下的冷凝器整个进风表面进行数值计算并分析速度变化规律;根据冷凝器结构特点重新分区进行计算,得到更直观的速度分布.结果表明：汽车冷凝器前端进风不均匀程度随着车速的增加而增大;当车速低于50 km/h且风机开启时,最大风速主要集中在冷凝器中间部分;当车速高于50 km/h且风机关闭时,最大风速主要集中在冷凝器的下半部分.     

随机风作用下高速列车动力学参数的可靠性优化设计

建立随机风作用下高速列车动力学参数的可靠性优化设计方法．首先考虑自然风的脉动特性，采用Cooper理论和谐波叠加法模拟随车移动点的脉动风速，给出随机风作用下高速列车非定常气动载荷的计算方法．然后建立高速列车车辆系统动力学模型，计算高速列车的运行安全性，并基于可靠性理论，给出随机风作用下高速列车失效概率的计算方法．在此基础上，以高速列车动力学参数为优化设计变量，以失效概率和轮轴横向力为优化目标，采用多目标遗传算法NSGA—II进行动力学参数的自动寻优，建立随机风作用下高速列车动力学参数的可靠性优化设计模型．经可靠性优化计算，高速列车的失效概率由原始的0．4884降低为0．1406，轮轴横向力由原始的45．13kN降低为43．01kN．通过优化高速列车动力学参数可以显著改善随机风作用下高速列车的运行安全性．     

基于白噪声统计特性与EEMD的高速列车横向减振器故障诊断*

针对高速列车横向减振器故障信号非线性非平稳的特点,提出了基于白噪声统计特性与聚合经验模态分解（EEMD）相结合的故障诊断算法。首先,利用经验模态分解（EMD）对故障信号进行去噪,然后对去噪后的信号进行EEMD分解,最后对用相关系数求得的最能反映振动信号的本征模态函数（IMF）计算排列组合熵。在240km/h速度下,对高速列车横向减振器7种工况进行诊断,识别率达到91.8%。实验结果表明：与基于小波熵特征分析的算法相比,该算法具有更高的识别率和更强的抗噪性能。     

气动载荷对高速列车车体疲劳强度的影响

随着列车运行速度的提高,气动载荷对强度的影响越来越显著。为加强列车气动载荷强度,根据高速列车在线路运行实际情况设置了四种气动载荷工况:明线会车,隧道通过,隧道会车和侧风。利用空气动力学原理计算得到四种气动载荷工况的数值,将得到的数值施加到高速列车车体有限元模型上,进行气动载荷的静强度和瞬态响应分析。计算分析结果表明,四种工况下的静强度结果都小于车体材料的允许用的应力,最大位移变形均发生在车体底部;利用Fluent软件仿真获得列车在空旷地带以380km/h速度交会的气动载荷时间历程,接着在ANSYS软件中对车体完成气动载荷瞬态响应分析,得到气动载荷对车体结构强度的影响,为车体强度优化设计提供了参考。     

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．     

抗蛇形减振器失效对车辆动力学性能的影响

为研究高速动车组车辆动力学性能对抗蛇形减振器失效的敏感性,以国内某型高速动车组为研究对象,以其实际动力学参数为依据,建立该型动车组的整车动力学模型。对抗蛇形减振器不同失效形式下的车辆动力学性能进行研究,结论认为：抗蛇形减振器失效对车辆动力学性能尤其是对列车的横向动力学性能影响显著;当列车行驶速度在250~380 km/h时,车辆系统动力学性能各项指标随列车行驶速度的增大而增大,随抗蛇形减振器失效个数的增加而增大。     

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.     

基于大数据的高速列车气动载荷作用下迭代学习主动控制研究

列车在高速运行的过程中与另一列车相交会时,将产生剧烈的瞬态气动载荷冲击而引起车体瞬间横向振动加剧,导致列车横向平稳性恶化;为了改善列车运行平稳性,采用大数据方法及迭代学习控制思想,提出基于高速列车运行大数据的迭代学习主动控制算法,并进行多体动力学与控制算法的联合仿真,进一步研究控制算法对会车气动载荷幅值变化和会车时间变化的鲁棒性;结果表明:大数据迭代学习主动控制经过5次迭代后对会车气动载荷激扰下的车体横向振动峰值降低52.67%,且控制算法对会车工况变化有较好的鲁棒性。     

高速列车通过声屏障的流固耦合振动响应分析

基于三维、非定常、不可压缩Navier-Stokes方程以及k-ε两方程湍流模型,利用计算流体软件FLUENT,对列车通过时路堤声屏障气动力特性进行数值仿真,研究了声屏障上脉动力的变化.建立了高速列车通过路堤声屏障的数值计算模型,采用FLUENT中的滑移网格技术,对声屏障时产生的气动力进行数值模拟,列车速度分别为200km/h、250km/h、300km/h、350km/h.通过计算得到不同列车速度下声屏障上气动力的大小和变化情况,分析了气动力沿声屏障垂向和声屏障纵向的变化规律,并拟合了声屏障压力波幅值与列车速度的关系式.在ANSYS Workbench软件中建立了声屏障的结构计算模型,将声屏障上的气动力作为外部荷载加到声屏障上,对其进行了模态分析和瞬态动力学分析.     

高速列车多目标约束横向半主动控制算法研究

传统的高速列车横向半主动控制研究,主要以提高车体横向运行平稳性为目的;但车体与各部件之间通过二系悬挂与一系悬挂连接传递相互耦合振动作用,因此半主动控制在改善车体横向平稳性的同时,将导致构架横向振动和轮轨横向作用加剧,从而使得列车脱轨系数增大,列车运行安全性能变差;针对这一问题,提出在虚拟惯性阻尼半主动控制和脱轨安全半主动控制的基础上,设计两个控制回路的多目标约束下的混合半主动控制算法,在实现列车横向半主动控制提高平稳性的同时,控制脱轨系数的恶化,从而同时提高列车平稳性和脱轨安全性能;并利用Simpack建立了某型高速列车多刚体动力学模型,联合Matlab/Simulink建立了联合仿真分析系统对车体横向半主动控制进行研究;结果表明:采用多目标约束半主动控制算法后,车体横向振动加速度峰值和均方根值分别降低了36%和34%,平稳性改善了15%,脱轨系数减小了17%;可见采用多目标约束半主动控制算法不仅能够有效抑制车体横向振动,改善列车运行平稳性,而且还能减小列车脱轨系数,提高列车运行安全性。