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。     

高速列车通过钢轨焊接接头时引起的轮轨冲击噪声的研究

高速铁路采用无缝钢轨铺设,大大地降低了轮轨通过钢轨接头时产生的轮轨冲击噪声。但是由于焊接钢轨时工艺不良和焊接材料与钢轨材料间存在性能差异等原因,车轮滚过这些焊接接头时产生的轮轨噪声远大于其它地方。为了探明钢轨焊接接头对轮轨噪声的影响,综合运用车辆-轨道耦合动力学理论、随机振动理论和声辐射理论建立了轮轨噪声预测模型,计算分析了高速列车通过钢轨焊接接头时的轮轨噪声。研究结果表明：焊缝凸台引起的轮轨冲击噪声主要集中在1250～3000Hz范围内。钢轨凹陷型焊缝引起的轮轨冲击噪声主要集中在400～1250Hz范围内。钢轨焊缝处短波不平顺波长增大,轮轨噪声声级最大值有所减小;短波不平顺波深增大,轮轨噪声声级最大值有所增大。     

侧风环境下列车高速交会流固耦合振动安全性分析

为了防止侧风环境下列车高速交会压力波对车体结构造成破坏,以及气动载荷冲击对运行安全性的影响,综合计算流体动力学的有限体积法和列车多体系统动力学仿真方法,从流固耦合关系出发,同时对侧风环境下列车高速交会的外流场和列车系统动力响应进行分析,从而考察会车压力波、气动冲击、车体响应和列车运行安全性。计算结果表明：背风侧列车会车压力波头波大于迎风侧列车,而尾波则小于迎风侧列车,最大压力波动出现在背风侧列车。侧风环境下列车高速交会时,彼此具有挡风作用,安全性指标出现波动,列车运行安全性短时间内有所改善。     

地震作用下高速列车与桥梁耦合振动分析

摘要: 为了研究地震作用下高速列车与桥梁耦合振动特性,通过分析JR300系列轮轨高速列车与高架桥在地震作用下的耦合振动,对轨道不平顺、不同地震波对耦合振动响应的影响进行比较研究。结果表明：轨道竖向不平顺会加大车体振动竖向加速度,在地震作用下,车体加速度会接近或超过规定限值;桥梁在地震与列车作用下,考虑轨道的竖向不平顺对桥梁的竖向响应影响较小;不同地震波激励对车桥振动响应影响有较大不同。     

高速列车脱轨监测关键算法研究

基于轨道不平顺检测技术的发展,根据轮轨几何关系脱轨理论,设计一种能够工程实施的脱轨监测方案,采用轮轨横向、垂向相对位移近似替代轮对接触点位移和车轮抬升量来判断列车脱轨。针对测控方案中关键参数轴箱振动位移测量困难、测量误差大的问题,使用卡尔曼滤波设计一种估计算法,实时计算轴箱横向、垂向位移;观测噪声方差变化会导致卡尔曼滤波发散,采用小波变换在线估计噪声方差,提高卡尔曼滤波算法鲁棒性。仿真表明:该算法能够通过加速度信号精确计算轴箱振动位移,误差在10%以内,为高速列车脱轨在线监测提供一种思路。     

高速摩擦制动界面振动信号时频法分析技术研究

利用MM-1000型摩擦制动试验机进行了高速摩擦制动试验,使用加速度传感器采集了摩擦制动过程中界面轴向与径向振动信号。利用Morlet小波变换对不同制动压力、干湿工况下的振动信号进行分析,结合摩擦制动过程中瞬时摩擦系数变化对高速摩擦制动界面振动行为时频法分析技术进行了研究。结果表明:重采样能够大幅减小计算量且对低频段振动时频分析无明显影响;Morlet小波时频分析比短时傅里叶变换和HHT边际谱具有更好的分辨率,对制动界面振动信号处理效果更好;时频图中的斜率与制动过程中的转速变化相对应,表明高速摩擦制动过程中转速基本呈线性降低;结合时频图与瞬时摩擦系数曲线可以评估高速摩擦制动过程中界面状况变化过程;振动能量主要集中在基频、二倍频和三倍频,超过三倍频部分能量较少。     

高速列车引起的武汉站楼板振动舒适度研究

随着人们生活水平和质量的提高,建筑物舒适度方面的要求引起了人们越来越多的关注。针对武广客运专线武汉站"桥建合一"的特殊结构型式,将结构划分为列车-桥梁子结构和桥梁-上部大跨钢结构子结构,由前者计算桥梁支座处的反力,并以此为反力作为后者的输入荷载,计算上部大跨钢结构的动力响应,然后基于目前常用的国际标准,将武汉站不同标高的楼层分为不同的子区域,分别评价各个子区域的舒适度,以此评价武汉站楼板在高速列车荷载下的舒适度。评价结果表明:武汉站各标高的楼板均满足舒适度的要求。所采取的舒适度评价方法可为国内今后类似结构的舒适度设计提供依据、为舒适度评价提供参考。     

轮轨激励下高速列车头车乘客室室内的声学响应研究

建立了某高速列车头车－轨道的耦合动力学仿真模型、车身的有限元模型、乘客室的声学边界元模型,计算出了由轨道不平顺引起的乘客室内的噪声分布状况,得出了如下结论：当列车运行速度为200km/h时,乘客室内的A声级在61.9～69.6dBA之间变化;乘客室内A声级较大的场点在40Hz、200Hz频率处的声压级较大;要降低乘客室内的噪声,必须对总声级起决定作用的频率段（40Hz、200Hz）采取措施。针对40Hz的低频噪声,最好修改乘客室的底部结构或采取减振措施,以减少底板的振动幅度;针对200Hz的中频噪声,则宜在声学贡献最大的面板上采取阻尼降噪措施。     

基于小波系数变换的小波阈值去噪算法改进

小波阈值去噪是近年兴起的一种较好的去噪算法,其一关键点在于准确的选取阈值将细节信号和噪声信号区分开来。提出了一种算法对小波系数进行变换,将难以区分信号和噪声的区域放大,以利于阈值的选取,从而达到改进小波阈值去噪的目的。通过使用传统阈值去噪算法和该改进算法进行仿真,结果表明改进算法对去噪指标SNR、SME（平均方差）都有所改善。另外本文实验也表明改进算法可以更好的去除噪声,且较好的重现原信号的细节特征。     

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.     

横风下高速列车突入隧道瞬变压力及列车风

针对高速列车在横风下突入隧道的普遍情形,考虑空气的非定常、可压缩湍流特性,建立列车-隧道-横风三维数值模型,对比研究有无横风条件下列车突入过程中隧道内的瞬变压力变化规律和列车风特性。通过将数值计算结果与现场实测数据进行对比,验证了数值方法的准确性。研究结果表明:与无横风情况相比,列车在横风中高速驶入时隧道入口周围的瞬变压力和列车风发生明显变化;在尾车完全驶入前,横风对背风侧气动压力的影响程度比迎风侧的大,其中头车突入时对隧道入口气动压力的影响最为显著;横风对隧道内气动压力和列车风的影响范围有限,当横风速度为24.4 m/s时,隧道内受影响距离为50 m;头车突入隧道时,横风对列车背风侧列车风的影响较大,而尾车完全驶入时,横风对列车迎风侧的列车风的影响比较严重。横风效应是列车背风侧气动压力和气流速度大幅波动的根本原因。     

高速列车风量控制式通风系统的探讨

介绍了能够减轻乘坐高速列车时产生的耳朵不适感的风量控制式通风系统，该系统通过检测车内外的压力来控制进排气量，并且由模拟计算证实，该系统能够控制车内压力的波动，满足高速列车的舒适性需要。     

高速列车“通过噪声”的测试分析

为了评估高速列车运行时对轨道周围环境的噪声污染程度,对高速列车以不同速度工况通过时的车外辐射噪声(称为"通过噪声")进行了测试,得到了以最大A声级和1/3倍频程A声级标志的列车通过噪声的测量数据。分析了通过噪声的频谱特性、及其与列车速度的关系。测试数据表明高速列车通过噪声是宽频噪声,最大A声级在标准规定测试点上的值达到约90 dB,对铁路附近的噪声污染比较大;通过噪声随着列车速度增大而增大,在时速370 km以上增幅变大。     

高速列车车厢连接处脉动压力分析与控制

高速列车的表面湍流脉动压力和近场声压会影响车内的噪声。为了了解并降低车厢连接处的湍流脉动压力,制作了一个高速列车1：40缩比的两车编组模型,使用表面传声器和激光粒子测速仪得到车厢连接处的脉动压力和流场分布。通过试验发现,有受电弓时,车厢连接处前后测点的脉动能量分别为速度的5.07次方和5.19次方;无受电弓时,对应的脉动能量分别减少到速度的3.90次方和4.45次方。对于车厢连接处进行优化时,无论是否有受电弓,对车厢连接处进行全封闭处理均能够较好地降低其脉动压力、涡量和湍流强度。无受电弓时,在车厢连接处前端增加扰流球可使其前后方测点的湍流脉动总压力级分别降低0.6 dB（A）和0.8 dB（A）。有受电弓时,在车厢连接处前端增加扰流柱可使其后方测点的总湍流脉动压力级降低0.8 dB（A）。     

高速列车悬挂系统连续混合控制策略的设计与仿真分析

在传统开关型半主动控制方法的基础上,提出了一种线性连续型天棚-加速度阻尼(skyhook-acceleration driven damping,SH-ADD)控制算法,用于提高半主动悬架在中高频区域内的控制效果.以国内某型高速动车组列车为原型,建立了两自由度1/4车横向动力学模型,用于设计改进的线性连续型SH-ADD...     

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。     

高速列车车厢连接处气动噪声特性初探

建立高速列车车厢连接处简化的气动噪声分析模型,基于声类比理论、FLUENT软件分析车厢连接处形状及风挡对气动噪声影响,给出车外气动噪声分布规律。数值结果表明,对近车厢连接处端部进行圆角光顺能减小气动噪声值。圆角半径越大减噪效果越明显;在车厢连接部位安装风挡能减小车外及车厢连接内部空腔的气动噪声,风挡开口处的气动噪声值有所增加。对风挡板进行圆角光顺可进一步减弱气动噪声。     

600 km/h高速磁浮列车明线交会横向气动性能

采用三维、非定常、可压缩RANS方程和k-ωSST湍流模型及重叠网格技术的数值仿真方法,对我国600 km/h高速磁浮列车明线交会横向气动性能进行研究.展示了明线交会过程中列车表面的压力变化特性,揭示了列车侧向气动力、偏航力矩和侧滚力矩的变化规律,分析了车体横向摆动和侧滚原因,研究了车速对横向气动性能的影响规律.结果 ...     

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。     

流冰撞击力作用下列车–简支梁桥耦合振动分析

建立撞击荷载作用下列车‐桥梁系统动力分析模型,将现场实测的流冰撞击力时程作为系统的撞击荷载。通过计算机仿真分析,对流冰撞击作用下高速铁路桥梁的动力响应及其对桥上列车运行安全的影响进行研究。采用自编程序模拟列车过桥的全过程,计算分析7 m×24 m简支箱梁桥在流冰撞击力作用下动力响应及桥上高速列车的动力响应。计算结果表明,在实测流冰撞击力作用下,桥梁横向加速度以及车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标在列车速度250 km/h以上时超过容许值,说明流冰撞击作用对车桥系统耦合振动响应具有较大的影响。