高速列车表面压力测试设计

针对当前列车高速通过隧道尤其是在隧道会车情况下,引起的空气动力效应对列车运行的安全性、旅客乘坐的舒适性及隧道周围环境均有不同程度的影响,该文介绍了高速列车空气压力测试,涉及传感器的选取、安装,数据采集和处理及整套测试方案.在实际应用中,系统工作稳定可靠,能满足设计要求.     

高速列车系统动力学空气弹簧建模方法研究

高速列车空气弹簧动力学模型主要分为三类:定刚度与定阻尼并联的线性模型、基于流体力学与气动力学原理的非线性模型以及考虑整体气动悬挂系统的完全模型。通过准静态动力学特性分析和高速动车组动力学模拟计算得出,非线性模型与完全模型具有相似的回滞曲线,线性模型具有较高的阻尼特性,但是在三种空气弹簧模型下计算出的车辆运行安全性指标具有较一致的结果。研究结果表明,在高速动车组动力学计算中,对于运行安全性指标,用空气弹簧线性模型即可满足工程要求;而对于平稳性指标,需要用非线性模型或完全模型进行建模,才能与实际更加接近;由于完全模型所需要确定的物理量较多,故在实际应用中建议采用非线性模型。     

横风下高速列车流固耦合动力学联合仿真

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学建立了高速列车流固耦合动力学行为的联合仿真计算方法。通过将车辆-轨道耦合动力学计算程序嵌入流体力学程序中,避免了流体和固体两个求解器之间的数据交换通讯,并且采用耦合迭代步内流固边界条件气动力线性插值的办法,实现了流体和固体两个求解器时间迭代步长的独立选取,提高了计算速度。利用建立的流固耦合计算方法,研究了6级横风环境下列车以350km/h速度运行时的流固耦合动力学行为。比较了离线仿真和联合仿真两种方法下列车气动力与姿态、安全性和舒适性指标的差异。研究表明:列车-气流的流固耦合效应对头车气动力和姿态的影响显著,头车安全性指标有所恶化。     

中国高速轨道交通空气动力学研究进展及发展思考

总结了中国高速轨道交通空气动力学研究进程的起步、积累、发展、深化、提升和引领等六个阶段。论述了提出的以列车空气动力学、列车/线桥隧空气动力学、车/风/沙/雨/雪环境空气动力学、弓网空气动力学、人体空气动力学为主要内容的高速轨道交通空气动力学研究进展。包括发现探明了相关的形成机理、激化过程、响应特性、影响规律、减缓途径、改善措施,提炼出了一套基础理论,突破了系列关键技术,以及全面的工程应用。解决了空气动力制约高速铁路发展、恶劣风环境影响行车安全等关键科学技术问题。介绍了高速轨道交通空气动力学专用实验平台群,包括动模型实验系统、交变气动压力下人体舒适性/车体刚度/气密性综合实验装置、风/沙/雨/雪气动实验平台群、视觉检测系统、在线实车实验系统、兼用风洞群、数值仿真平台。最后讨论了正在开展的研究和进一步发展的思考。     

高速列车车厢内空气品质及评价的探讨

根据高速列车车厢内空气品质的影响因素提出了改进空气品质的措施。根据气流组织的重要性,对高速列车车厢内气流组织模拟进行探讨,主要分析了物理模型的建立,湍流模型的选择以及边界条件选取等问题,为气流组织的数值模拟提供了思路。并应用CFD技术对车厢室内空气品质进行评估为改善高速列车车厢空气品质提供依据。     

高速列车耦合大系统动力学研究

根据高速铁路结构和技术特点,把高速列车以及与之相关并影响其动力学性能的线路、气流、供电和接触网等耦合系统作为一个统一的大系统,通过建立高速列车、线路、弓网及供电等子系统动力学模型,以及轮轨、弓网、流固和机电等耦合关系模型,形成高速列车耦合大系统动力学模型。针对高速列车运行模拟要求,给出基于循环变量方法的列车动力学建模及计算方法、基于滑移模型的车线耦合计算方法、基于松弛因子的流固耦合计算方法,实现高速列车耦合大系统动力学仿真。     

高速列车材料测试及轰燃研究

为得到CRH2型高速列车燃烧热释放速率、烟气运动等表征燃烧特性的数据曲线,基于ISO 5660-1——2002和ISO 1716——2002标准对车用主要材料进行燃烧实验,并建立Pyrosim高速列车4号车厢模型进行燃烧仿真,得出不同起火位置、不同通风条件下列车热释放速率曲线、温度、热流量和烟层高度的变化情况,并根据轰燃发生的热释放速率判据判断各个工况是否发生轰燃,分析CRH2型高速列车的防火性能。结果表明:座椅着火会使列车内部发生轰燃现象,轰燃发生之后通风会由于进入的空气对车内燃烧起助燃作用。     

高速列车轴箱圆柱滚子轴承启动过程的打滑动力学特性

轴箱轴承的动力学性能对列车安全、平稳运行有非常重要的影响。基于刚性套圈假设建立轴承内部变形几何关系,采用Hertz接触理论描述滚子与套圈的接触关系,采用线性压缩弹簧来模拟滚子与保持架之间的相互作用,考虑拖动系数随滑移速度的非线性关系计算滚子与套圈的摩擦力,建立考虑内圈、滚子和保持架自由度的圆柱滚子轴承的动力学模型,研究轴承启动过程中的运动学特性和力学特性。结果表明:在轴承启动过程中,滚子自转转速抖动上升;启动初始阶段滚子打滑明显,其中滚子在刚进入承载区时出现的打滑对轴承性能影响较大;轴承启动的初始阶段,滚子与内圈的摩擦力和与保持架的接触力变化剧烈,且随内圈角加速度的增大而增大。     

高速列车引起的环境噪声及声屏障测试分析

对武广客运专线上高速运行列车引起的环境噪声及声屏障降噪效果进行了实测,测得大量噪声数据.通过分析得到以下结论:高速列车的机车辐射噪声随列车速度的增大而增大;通过路基段时的辐射噪声为82.8～91.8 dB(A),通过桥梁段时为79.3～89.6 dB(A),随着桥梁和路基高度的逐渐增大,辐射噪声略有减小的趋势;噪声频率主要集中在低频段(f=40～80 Hz)和中频段(f=500～8 000 Hz),与桥梁区段相比,路基区段随频率的增加声能量衰减较为平缓.近期路基段铁路边界噪声值在60～65 dB(A),桥梁段为55～60dB(A);中期(2018年)边界噪声的预测噪声值较近期值有明显增大,最大值接近规范限值.路基声屏障降噪效果为6～8 dB(A),桥梁声屏障降噪效果为6～7 dB(A);声屏障越高降噪效果越明显,3.15 m高声屏障降噪效果较2.65 m高声屏障提升2 dB(A)左右.     

侧风环境下高速列车外部流场数值模拟方法研究

该文基于有限体积法的CFD 软件以及块结构化和四面体非结构化网格,采用三维常物性定常不可压缩流动N-S 方程的SIMPLE 算法,利用国外典型模型试验数据对ICE2 高速列车侧风环境下的空气绕流进行了数值模拟方法研究。结果表明:四面体非结构化和块结构化网格一样均能得到较好的结果,同时采用二次非线性高雷诺数k-ε模型和MARS差分格式的数值结果与试验数据吻合较好,从而验证了数值方法的正确性。在此基础上进行了四面体非结构化网格的独立性研究,得出适宜的网格总数和固壁法向第一层网格厚度合理的取值。该文确定的数值计算方法和四面体非结构化网格划分方法可用于复杂几何外形高速列车的数值模拟。     

高速列车交会时的风致振动研究

摘 要：为了阐明高速列车交会过程中气动力对列车的系统动力学行为的影响,分别建立了CRH-2动车组的简化几何模型和50个自由度的车辆系统动力学模型。采用有限体积法对三维瞬态可压缩雷诺时均Navier-Stokes方程和k-e 两方程湍流模型进行求解,并通过滑移网格技术实现列车的运动,对考虑和不考虑气动力时的列车系统力学响应进行了数值模拟,并对两种情况下列车的安全性和舒适性进行了分析讨论。研究发现：气动力在列车交会过程中变化剧烈,对列车系统动力学行为的影响非常明显,交会时列车振动剧烈,头车和尾车的安全性和舒适性明显降低。     

Approaches for predicting the probability of failure of bridges subjected to high-speed trains

The scope of this paper is to evaluate different approaches for the prediction of the probability of failure of uncertain railway bridges subjected to high-speed trains. The peak acceleration of a bridge, which is commonly the governing response quantity for dynamic bridge design and failure, depends strongly on the type of train and the train speed. Since in many cases the critical speeds related to response maximums are below the design speed and failure, and during operation the speed varies up to the design speed, the assessment of the probability of failure is not straightforward. In this contribution, several more sophisticated measures of the probability of failure of the bridge-train interaction problem are proposed, considering the peak acceleration as a function of the speed in a certain interval and the distribution of the actual train speed. These measures are tested on two random test bridges, taking into account the main sources of uncertainty, i.e. damping, track irregularities, and the environmental impact. The mechanical model used for the prediction of the dynamic bridge response is composed of a beam bridge crossed by a planar mass-spring-damper model of the train. In this simplest approach that considers explicitly dynamic bridge-train interaction, random irregularity profiles capture the effect of track irregularities. It is shown that in certain speed intervals the predicted probability of failure strongly depends on the underlying measure of the probability of failure. In the first example bridge, whose response is governed by a pronounced resonance peak, exceedance of the serviceability limit state is predicted by all measures at virtually the same speed. The second example problem, where track irregularities lead to considerable response amplifications, only some of the measures predict failure. The results of this study may serve as an impulse for a more in-depth discussion on the appropriate prediction of the probability of failure of bridge-train interaction.     

气动力作用下高速车辆横向稳定性分析

从气动弹性力学角度出发,以17个自由度的高速列车车辆模型为研究对象,基于准定常气动力的假设,建立了气动力作用下的车辆横向运动微分方程。采用特征值分析理论确定了线性系统的临界蛇行速度,分析了气动力对车辆蛇行临界速度及曲线通过性能的影响;采用数值积分方法研究了车辆在气动力和轮缘力联合作用下的极限环响应。结果表明:气动力对高速列车车辆横向稳定性、曲线通过性能及极限环振动有着较为明显的影响。     

高速列车隧道压力波模拟系统仿真控制研究

高速列车在隧道中运行、交会时,车体表面将形成复杂的膨胀波和压缩波,引起车体变形,影响行车安全。车外压力波通过车体传入车内引起车内空气压力的波动,影响乘车舒适度。使用实测的隧道压力波为期望波形,采用AMESIM与Matlab构建联合仿真的模式来设计高速列车隧道压力波模拟控制系统。针对模拟系统大容量、大滞后及强非线性特点,采用迭代学习控制算法来实现隧道压力波的重建。仿真验证表明:迭代学习控制算法的控制误差比常规算法小,控制效果较理想。     

BP神经网络在高速列车空调控制中的应用

为及时调整高速列车车内温湿度环境动态变化,采用BP人工神经网络应用于人体感官评价的计算,实现对温湿度舒适性影响因素变化的实时反馈控制,为空调的动态智能控制提供理论方法和技术支持。     

高速列车过隧道对弓网动力学影响分析

为研究高速列车通过隧道时产生的受电弓空气动力学效应对弓网动力学性能的影响,分别建立了受电弓/高速列车空气动力学仿真模型和弓网耦合系统动力学模型。采用滑移网格技术实现了高速列车运动,通过有限体积法求解三维瞬态可压缩Navier-Stokes方程和 两方程湍流模型,计算了列车速度为350km/h通过隧道时受电弓的气动抬升力,对考虑和未考虑列车通过隧道产生的受电弓气动抬升力作用时的弓网动力学响应进行了对比分析。计算结果表明,受电弓气动抬升力在隧道入口和出口时出现峰值,隧道内的气动抬升力较明线上大;通过隧道时产生的受电弓气抬升力变化对弓网接触压力和接触线抬升位移具有显著影响,导致受流质量变差。     

基于动力学仿真数据的高速列车蛇行状态识别

近年来,人工智能技术广泛应用于高速列车运行状态的识别.用作列车运行状态识别的机器学习和深度学习模型需要大量的数据,然而在实测数据中获取的蛇行失稳数据样本少且不均衡,再者,由于实测数据获取成本高,实际采集数据困难,难以满足各种运行条件(稳定、小幅蛇行失稳和大幅蛇行失稳状态).为解决以上问题,通过SIMPACK软件建立高速...