钢桁梁桥上列车双车交会气动特性风洞试验

为探究横风作用下钢桁梁桥上列车双车交会过程中气动力系数的突变机理,以某一大跨度公铁两用钢桁梁桥为背景,首先根据XNJD-3风洞实验室的尺寸设计了一套移动车辆模型试验系统;然后根据风洞阻塞比的要求设计了几何缩尺比为1∶30的桥梁和车辆试验模型;最后测试了横风作用下桥上列车交会过程中移动车辆模型的气动力。为尽可能地降低试验系统对运动车辆气动力的干扰,对原始时程数据进行了低通滤波处理,并分析了车速、风速、合成风向角、车辆所在轨道位置等因素对车辆气动力系数的影响。试验结果表明：双车交会时,背风侧运动车辆的气动力系数具有明显的突变趋势,迎风侧运动车辆的气动力系数变化较为平稳;列车交会时突变区域主要受运动车辆引起的列车风速的影响,且随车速的增加而增大,横风风速对突变区域影响较小;交会过程中背风侧车辆升力系数和侧向力系数的突变量随合成风向角的增大呈增大趋势,力矩系数突变量对合成风向角的变化不敏感;横桥向列车所处轨道位置影响其气动力系数。试验结果可为研究横风作用下高速列车-桥上交会过程的行车安全提供数据支持。     

桥塔遮风效应对移动列车气动参数及行车安全的影响

为研究桥塔遮风效应对移动列车气动参数的影响，以沪通长江大桥这一钢桁梁斜拉桥为背景，基于移动列车模型试验装置，设计了缩尺比均为1：30的桁梁、桥塔和CRH3列车模型，依托XNJD-3风洞实验室进行了一系列试验。基于测试结果，分析列车通过桥塔区域时车速、风速以及合成风向角对列车气动参数的影响，并利用风-车-线-桥耦合振动模型分析了桥塔处气动参数突变对CRH3列车行车安全的影响。研究结果表明：桥塔遮风效应对移动列车影响显著，车辆气动参数在桥塔区域呈现突变的现象，升力系数和阻力系数经历了先减小后增大的过程，力矩系数则先增大后减小；风速越低，气动参数曲线在桥塔处的突变程度越大；气动参数曲线的突变宽度远大于桥塔自身的宽度，且车速越高突变宽度越大；合成风向角越小，列车气动参数在桥塔区域的变化越显著；列车离开桥塔区域时，桥塔尾流会造成升力系数和阻力系数局部增大；在考虑桥塔遮风效应的情况下，列车车体加速度在桥塔区域急剧增大，当列车远离桥塔区域时又逐渐减小；桥塔遮风效应会威胁列车的行车安全，未考虑桥塔遮风效应的分析结果是偏不安全的。     

紊流影响下车-桥系统气动力特性风洞试验

为了研究横风作用下紊流参数对车-桥系统气动力特性的影响，以典型32 m简支梁桥和CRH2列车头车为背景，首先根据阻塞比要求设计几何缩尺比为1：25的桥梁和列车测压试验模型；然后通过在风洞试验段入口处采用"格栅条"被动紊流发生装置，模拟一系列紊流风场；最后开展不同工况下车-桥组合风洞动态测压试验，测试列车和桥梁表面风压，并积分获得列车和桥梁气动力。基于此，分析了双线轨道不同位置下，顺风向紊流度、紊流积分尺度对列车表面风压和车-桥气动力分布的影响规律，并讨论了风攻角对车-桥气动力系数的影响。结果表明：列车表面平均风压系数随紊流度的增加而减小，紊流风场中列车和桥梁气动侧力（阻力）系数均小于均匀流场；紊流度对迎风侧轨道列车的影响更为显著，而对车头气动力特性影响较小，车身侧力（阻力）系数随紊流度增加而显著降低，升力系数和力矩系数随紊流度的变化规律并不显著；桥梁气动力系数对紊流度变化的敏感程度小于列车，其侧力（阻力）系数并非随紊流度的增大而单调减小，升力系数随紊流度增加而增大，力矩系数随紊流度的变化规律并不明显；车-桥气动力系数受紊流积分尺度的影响小于紊流度，桥梁侧力（阻力）系数受影响程度大于升力系数和力矩系数；列车位于背风侧轨道时，车-桥气动力系数随紊流积分尺度变化的敏感程度小于列车位于迎风侧轨道；风攻角和紊流参数对车-桥气动力特性的影响是相互独立的，且受列车路线布置方式影响不大。研究结果为紊流风场下的行车安全性提供了数据和资料。     

不同角度侧风状态下油罐车的气动特性仿真研究

在高速长途运输中油罐车受侧风影响易出现侧翻等交通事故。文中采用横摆模型法建立不同角度侧风状态下油罐车车身外流场,并进行数值计算,得到油罐车气动特性随侧风角度变化的规律,即随着侧风角度的变化,油罐车受到的侧向力、升力和侧倾力矩、横摆力矩、纵倾力矩明显增大,阻力先增后减;当侧风角度大于60°后升力系数、侧向力系数均较高,说明此时油罐车高速行驶存在较高的危险性。     

既有桥梁对新建斜拉桥主梁气动干扰效应的试验研究

为研究既有桥梁对新建斜拉桥主梁的气动干扰效应,以京珠高速改扩建汉江特大桥为背景,进行节段模型测力风洞试验。按1∶50缩尺比制作主梁节段缩尺模型,研究既有桥梁与新建斜拉桥相对位置关系、桥梁间距及风攻角对新建斜拉桥主梁三分力系数的影响。结果表明：既有桥梁对新建桥梁具有明显的气动干扰效应。既有桥梁在上游时,存在明显的遮挡效应,新建桥梁阻力系数整体显著减小;既有桥梁在下游时,新建桥梁阻力系数在正攻角范围内显著减小。升力系数受既有桥梁影响,绝对值整体减小,正攻角时既有桥梁在下游减小更显著。在正攻角范围内,既有桥梁在上游时新建桥梁升力矩系数增大,在下游时则整体减小;在负攻角范围内反之。桥梁间距对阻力系数气动干扰效应的影响突出,间距越大既有桥梁对新建桥梁阻力系数的气动干扰效应相对越小,对升力系数和升力矩系数气动干扰效应的影响较小。     

上海长江大桥节段模型气动三分力试验

以主跨为730 m的钢主梁斜拉桥为对象,研究了栏杆、汽车等对汽车-钢主梁桥面系统的气动三分力系数的影响。进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态和施工状态下的75个试验工况节段模型测力试验研究,并利用获得的三分力系数进行了全桥静风响应分析。结果表明:栏杆增加了主梁的阻力系数;桥面车辆的存在使车-桥系统的阻力系数降低,升力系数的绝对值变小,升力矩系数绝对值变小;3种状态中三分力系数越大,相应的侧向、竖向和扭转响应越大;随风攻角变化,栏杆、汽车对车-桥系统阻力、升力和升力矩的影响各不相同。     

汽车气动升力风洞试验值的修正方法

分别采用数值模拟和风洞试验,研究汽车风洞移动带产生的附加升力,获得前后轮移动带静压系数和附加升力系数的数值模拟和试验结果。接着通过对静止和运动工况移动带静压系数变化的数值模拟,发现由静止工况变为运动工况后,前轮带的附加升力系数仅增加0郾004,而后轮带增加0郾008。结合静止工况的试验数据和静止与运动工况的数值模拟结果,给出了运动工况汽车风洞气动升力系数的修正公式,从而可获得被测车辆的真实升力系数。     

悬索桥施工猫道静风失稳机理分析

采用风洞试验和程序分析相结合的方法分析猫道的静风失稳机理;根据节段模型静力三分力风洞试验结果对猫道有限元模型加载,进行猫道非线性静风响应计算,分析猫道承重绳张力和位移随风速变化。计算结果表明,猫道发生静力扭转失稳的原因是空气力矩的作用使猫道面层处于正攻角,当风攻角较小时,升力系数可能为负值,即升力方向向下,风攻角逐渐增大时,升力系数转为正值,大小随风攻角的增大而增大。当风速提高同时攻角增大到一定程度时,向上的升力使部分承重绳的张力产生松弛,猫道扭转刚度减小,不能抵抗空气力矩的作用,导致猫道扭转失稳。     

基于强迫振动装置的拉索和水线气动力试验

为了研究斜拉索风雨激振中拉索和水线上的气动力,制作了直径为350 mm的拉索模型,采用强迫振动装置,对粘贴水线的二维拉索进行了5种工况下的测压风洞试验.系统研究了水线的存在、模型竖向和扭转振动对拉索和水线的平均风压系数、脉动风压系数、平均气动力系数、脉动升力系数功率谱等的影响,并对准定常理论在风雨激振理论分析中的适用性进行了验证.结果表明:准定常理论能反映拉索和水线气动力的主要特征;拉索竖向振动和水线周向摆动基本不影响拉索和水线的平均气动力系数,拉索平均升力系数在60°风攻角处发生突降;水线的周向摆动对脉动气动力的影响很大,远大于拉索竖向振动的影响;水线的存在不仅使水线附近的风压系数发生突变,而且还降低了旋涡脱落频率.     

基于CFD的连续刚构桥主梁风荷载数值模拟研究

基于计算流体动力学(CFD),以某高墩大跨连续刚构桥的典型断面为背景进行数值模拟,引入无量纲的静力三分力系数概念,对比分析风攻角、梁高等参数对桥梁主梁截面气动力特性的影响,并结合可视化流场分析其作用机理。结果表明,CFD方法能直观分析钝体绕流特征及结构的气动力特性;箱梁断面升力系数受风攻角的影响较大,阻力系数受梁高的影响较大;梁高越大,主梁截面的三分力系数随风攻角变化的幅度越小,流场分布越复杂。     

桥梁断面静三分力系数的CFD计算分析

利用流体分析软件Fluent计算了不同桥梁断面型式在中等雷诺数时和不同攻角下的阻力系数和升力系数。文中选用6类不同桥梁断面型式进行了计算分析。通过计算得出的阻力、升力系数随攻角的变化对比以及风场压力云图直观反映,初步分析了各类断面在静风作用下三分力系数值的特性。计算结果表明,钝体断面其阻力系数的变化形式相似,而上下不对称开口会造成其升力系数的变化;而流线型断面,其阻力系数与钝体断面截然不同,与攻角有直接的关系,实际应用需要多注意。     

半挂汽车列车弯道行驶工况下轴偏角对行驶稳定性影响的仿真分析

针对半挂汽车列车弯道行驶稳定性差的问题.运用仿真分析软件ADAMS建立了半挂汽车列车整车模型,通过对比稳态转向特性试验和制动效能试验的仿真结果与实车试验结果,验证了仿真模型与实车的一致性.分析了弯道行驶工况下轴偏角对半挂汽车列车折叠角和转向特性的影响,结果表明,半挂车轴偏角的方向与半挂汽车列车的转向一致时,半挂汽车列车折叠角增大,有利于半挂汽车列车的行驶稳定性.     

张靖皋长江大桥南航道桥主桥塔静气动力系数研究

张靖皋长江大桥南航道桥主桥塔塔高超过300 m,采用倒角矩形截面设计，风荷载效应突出。为对该桥塔气动性能进行精细分析，采用缩尺比为1∶100的分段刚性模型进行风洞测力试验，研究桥塔各段静气动力系数随风偏角的变化规律，并分析塔柱间的遮挡效应和横梁对静气动力系数的影响，结果表明，主塔上、中、下3段最大阻力系数为1.125,最大升力系数为1.329,塔柱间的遮挡效应在风偏角0°～20°时对阻力系数影响较大，横梁对塔柱升力系数和扭矩系数影响较大。研究成果对300 m级超高桥塔设计具有一定的参考意义。     

圆柱结构涡激共振耦合效应及其抗风设计参数

为了解决亚临界区圆形断面细长结构涡激共振抗风设计参数取值不明确的问题,针对土木工程领域小直径圆形细长结构在亚临界区的涡激共振现象,对其涡激共振耦合效应进行了研究,获得其抗风设计的主要气动力参数。采用弹性悬挂节断模型风洞试验,模型两侧采用斜置上下不等刚度的弹簧提供三自由度的振动模型,试验风速对应的雷诺数区位于亚临界雷诺数区,分别测试风速增大和减小2种状态下模型的涡激共振,试验采用激光位移计和压力扫描阀同步测试模型振动位移和表面风压,通过分析位移和风压之间的关系,揭示涡激共振发生的耦合状态,并基于涡激共振抗风设计的要求,给出涡激共振锁定区间、气动力系数等抗风设计参数。结果表明：风速增大和减小2种状态下,涡激共振的耦合状态不同,风速增大过程中锁定区间更长;在锁定区间内存在强耦合和弱耦合2种机理的耦合状态,强耦合状态下的升力系数标准差和平均阻力系数值更大,旋涡脱落频率更强,气动力和流场的波动也更强;基于此,建议在对亚临界区的圆形断面结构进行涡激共振设计时,锁定区间为1.0~1.3倍起振风速,其中1.0~1.1倍起振风速范围内按照强耦合状态设计并考虑由耦合效应引起的气动力增强,1.1~1.3倍起振风速范围内按照弱耦合状态设计。     

轿车外流场车轮转动时侧风效应的数值模拟研究

为了研究侧风条件下车辆行驶对交通安全的影响。以某轿车1∶5模型为算例,采用了移动地面模拟轿车相对地面的运动和旋转壁面模拟车轮转动的方法,进行了侧风角分别为0、5、10、15°和30°及车轮转动和静止情况下的数值模拟。输出了车身附近和转动车轮附近的流线、纵向对称面和左方前轮的压力曲线和部分车身表面摩擦力分布情况。对比分析了各侧风状态下的侧向力系数变化情况。研究结果表明:随着侧风角的增大侧向力迅速增大;转动车轮条件下的气动阻力较低,计算精度较高,基本与试验情况吻合。     

横风下π型断面大跨桥上汽车气动特性风洞试验

准确获得车-桥系统气动力是评估强风作用下桥上车辆运行安全性和舒适性的基本前提,为此必须考虑车辆与桥梁间存在的显著气动相互干扰。以山区大跨桥梁常见的π型断面主梁和集装箱货车为研究对象,设计并制作了1∶32几何缩尺比的桥梁和车辆刚性测压模型,通过风洞试验测试了典型车-桥组合工况下车辆表面的风压分布,分析了前、后车辆干扰作用、车辆横向距离和车道组合方式等对桥上汽车气动特性的影响,并进一步分析汽车表面的风压值分布,以探究汽车气动力系数变化的机理。研究结果表明:前、后车辆间的干扰、车辆横向距离的改变对汽车的侧向力系数、阻力系数和升力系数均有较大影响,但对汽车的力矩系数影响较小,且汽车的力矩系数具有一定的离散性;车道组合方式中测试车辆位置的改变对汽车气动特性的影响大于干扰车辆位置的改变对汽车气动特性的影响,且车辆组合方式的改变对汽车的力矩系数基本没有影响;受桥梁π型主梁断面的影响,汽车侧向力系数的变化趋势与Coleman规律下的变化趋势不同。     

考虑来流偏角的汽车道路行驶阻力研究

汽车日益严苛的排放、油耗法规对准确测量和降低道路行驶阻力提出了更高的要求,气动阻力是汽车道路行驶过程中主要的阻力来源,真实道路自然风来流偏角是影响汽车气动阻力的重要因素。提出了一种基于真实道路来流偏角分布的风平均阻力系数计算方法——偏航角密度法,并和其他风平均阻力系数计算方法进行了比较,利用风洞法测量道路行驶阻力,研究了来流偏角对汽车道路行驶阻力、循环能耗的影响。研究表明,来流偏角概率密度呈现明显的区域分布特征,来流偏角显著影响汽车实际道路气动阻力、循环能耗,根据偏航角密度法,考虑真实道路来流偏角时,气动阻力、循环能耗分别最大可增加3.0%、1.6%。     

横风下π型断面大跨桥上汽车气动特性风洞试验（双语出版）

准确获得车-桥系统气动力是评估强风作用下桥上车辆运行安全性和舒适性的基本前提，为此必须考虑车辆与桥梁间存在的显著气动相互干扰。以山区大跨桥梁常见的π型断面主梁和集装箱货车为研究对象，设计并制作了1：32几何缩尺比的桥梁和车辆刚性测压模型，通过风洞试验测试了典型车-桥组合工况下车辆表面的风压分布，分析了前、后车辆干扰作用、车辆横向距离和车道组合方式等对桥上汽车气动特性的影响，并进一步分析汽车表面的风压值分布，以探究汽车气动力系数变化的机理。研究结果表明：前、后车辆间的干扰、车辆横向距离的改变对汽车的侧向力系数、阻力系数和升力系数均有较大影响，但对汽车的力矩系数影响较小，且汽车的力矩系数具有一定的离散性；车道组合方式中测试车辆位置的改变对汽车气动特性的影响大于干扰车辆位置的改变对汽车气动特性的影响，且车辆组合方式的改变对汽车的力矩系数基本没有影响；受桥梁π型主梁断面的影响，汽车侧向力系数的变化趋势与Coleman规律下的变化趋势不同。     

万州驸马长江大桥抗风试验研究

为研究大跨度悬索桥抗风稳定性及风致振动等,以万州驸马长江大桥为背景,通过节段模型风洞试验对结构的静力三分力系数、颤振稳定性,以及涡激振动现象进行研究,并将节段模型试验结果与全桥气弹模型试验结果进行比较。结果表明:风攻角在-10°~+10°范围内增大时,成桥状态及施工状态主梁断面升力系数及扭矩系数值的大小均呈现明显的先减小后向反方向增大的趋势;成桥状态下的阻力系数均为正值,且随风攻角的变化大体呈现增大的趋势,但其曲线斜率不断减小;节段模型试验表明,在不同攻角下结构的颤振临界风速均高于相应的颤振检验风速,且在阻尼较大的情况下各试验工况均未出现明显的涡激振动现象,二者均在全桥气弹模型试验中得到验证。     

基于LQR的重型半挂汽车列车稳定性控制策略

以半挂车的横摆角速度、侧向加速度、牵引车与半挂车的铰接角及铰接角速度为控制变量,建立了4自由度6轴重型半挂汽车列车的动力学参考模型,并应用ISO双移线工况对此模型进行验证。考虑到等速圆周稳态工况下行驶和地面附着系数等因素对汽车的限制,确定了控制变量横摆角速度和侧向加速度的参考值。采用基于线性二次型调节器(LQR)的最优控制策略及半挂汽车列车单侧制动方案,应用Trucksim软件对参考模型进行了鱼钩转向工况仿真分析。仿真结果表明:所提出的控制策略正确、有效,实现了提高半挂汽车列车稳定性的控制目标。