强侧风环境下CRH1型高速列车气动性能研究

基于三维、定常、不可压缩N-S方程及k-ε双方程湍流模型,采用数值模拟计算方法分别对高速列车CRH1在不同侧风风速、不同风向角工况下的气动性能进行模拟。研究结果表明：对于不同横风风速,车辆的横向力、升力及倾覆力矩均随着横风风速的增大而增大,但其对应的气动力系数基本保持不变;对于不同风向角,车辆的横向力、升力及倾覆力矩均随着风向角的增大而增大,风向角为75°时,气动力增长率变缓,对应的气动力系数变化与之一致。     

双层高速动车组横风倾覆稳定性研究

双层高速动车组因其重心高、迎风面积大等特点,运行安全受横风影响更为显著。以我国某双层高速动车组作为研究对象,建立横风条件下3节车辆编组的气动仿真分析模型,通过与风洞试验数据比较,验证模型有效性,仿真得到了在不同横风条件下各车辆所受到的气动载荷,基于EN14067标准中的五质量模型方法,分析了横风条件下双层高速动车组倾覆安全性,得到了列车临界倾覆风速曲线。研究结果表明：横风条件下头车气动载荷最大,且在60°左右的侧滑角时达到最大;当横风垂直于列车行进方向时,临界倾覆风速随车速增加而下降,在车速为80 km/h左右,其下降趋势出现明显的变化,动车组以200 km/h速度运行在平地时,头车临界倾覆风速为22.5 m/s。在同等车速条件下,头车临界倾覆风速随风向角的增加迅速下降,平地路况在风向角为90°时取得最小值,路堤和桥梁路况在风向角为80°时取得最小值。在平地、10 m高度路堤和桥梁3种路况条件下,路堤情况的倾覆风速最小。横向未平衡加速度、空重车状态对列车横风安全性也有显著影响,当加速度与横风风速同向时,其头车临界倾覆风速值随横向未平衡加速度的增加而下降,而重车状态下的临界倾覆风速高于同...     

列车编成辆数对高速列车横风气动特性影响的数值分析

对3～8辆编组列车以350km· h-1速度运行时,不同速度横风作用下的气动特性进行仿真研究,并建立列车的阻力系数与列车编组辆数之间的无量纲关系.研究结果表明:对3辆车编组列车的气动特性分析不能取代对其他编成辆数列车的几动特性分析;不同编成辆数列车阻力系数随着横风风速的增加而增大,3辆车编组列车的阻力系数不超过8辆车编组的列车的一半;列车的侧向力系数和倾覆力矩系数随着列车编成辆数的增加而减小;列车编成辆数对头车的阻力系数、升力系数、侧向力系数和倾覆力矩系数影响较小,但是对尾车的影响较大;头车的侧向力系数和倾覆力矩系数明显高于尾车和中间车,尾车的倾覆力矩系数最大值不超过0.4,而头车的最大可达0.7;由于头车的气动安全性比其他位置车辆的低,用头车的气动安全性评估整个列车的气动安全性会偏于保守,但合理、可行.     

车体侧滚对列车气动性能和运行稳定性的影响

为探明横风作用下车体侧滚对列车气动性能和运行稳定性的影响,采用三维、定常、不可压缩雷诺时均方程和k-ε双方程湍流模型,对CRH5G动车组进行仿真计算。研究结果表明:当侧滚角从0°增加到2.5°时,车底部迎风侧负压减小,绝对值最大相差532 Pa,车顶迎风侧负压增大,绝对值最大相差579 Pa,车底压力变化的区域更大,车顶和车底背风侧的压力变化都不大;头车后部车底负压减小,绝对值最大相差470 Pa;气动力方面,列车升力增大,头车升力变化最为明显,从0.15 k N增加到16.6 k N;头车的点头力矩提升了20%,尾车的点头力矩下降了7%;进一步的车辆动力学仿真计算结果表明:车体侧滚引起的气动载荷变化对列车脱轨系数、倾覆系数的影响很小。因而在研究横风作用下的列车运行稳定性时,一般可不考虑车体侧滚对气动性能的影响。     

横风环境下列车交会对25T型客车动力学性能影响

采用列车空气动力学和列车系统动力学方法研究横风环境下25T型客车与CRH5型动车组交会对25T型客车动力学性能的影响。利用三维、可压缩和非定常N-S方程的数值模拟方法计算不同横风风速、不同交会速度下作用于25T型客车车体的气动力及力矩。利用SIMPACK软件建立25T型客车三维系统动力学仿真模型,分析横风风速、车速以及交会对列车系统动力学性能的影响。研究结果表明:在交会开始以及结束时刻,列车的系统动力学性能下降;同时在脱轨系数、倾覆系数以及轮轴横向力中,倾覆系数最为敏感;在一定变化范围内,风速变化相比于车速变化对列车运行安全性影响更大,风速由20 m/s增加到25 m/s时列车的倾覆系数增加68%,而车速由120 km/h增加到160 km/h时列车的倾覆系数增加8%;在25T型客车车速为120,140和160 km/h时允许最高风速分别为32.8,33和32.6 m/s;交会对25T型客车动力学性能的影响随着风速的增加而增加,在风速为35 m/s时,交会对脱轨系数、倾覆系数以及轮轴横向力的影响率达到49%,42.2%和25.3%。     

风雨联合作用下高速列车受力数值模拟

采用双方程湍流模型和离散相模型相结合的方法,对不同降雨强度、横风风速和车速下高速运动车辆周围的流场进行研究。研究结果表明:在横风作用下,下落的雨滴与高速运行的列车发生碰撞,雨滴飞溅、改变了车身表面的粗糙度和不平整性,导致车辆运行横向力、升力和倾覆力矩均随着车速、风速和降雨强度的增大逐渐变大;伴随着降雨过程的强横风作用,车辆所受的气动载荷与强横风的单独作用情况下相比稍微增加。     

南昌地铁车辆动力学性能研究

利用多体动力学软件SIMPACK建立南昌地铁车辆动力学分析模型,对该模型进行验证,仿真分析南昌地铁车辆运行平稳性、曲线通过能力及非线性运动稳定性,并探讨一系悬挂纵、横向刚度对非线性临界速度的影响。研究结果表明:该车运行平稳性、曲线通过能力良好;非线性临界速度为153 km/h,远大于最高设计速度;非线性临界速度随一系纵向刚度增大而增加,刚度达到6 MN/m之后,其变化对临界速度的影响较小;一系横向刚度对非线性临界速度影响呈先增大后减小的规律,峰值时横向刚度为5 MN/m。     

采用下摇枕转向架的车辆横向稳定性研究

对采用下摇枕结构转向架的车辆进行了线性和非线性稳定性分析后得出如下结论:车辆失稳模态为构架与轮对同频同相振动的转向架蛇行模态,随着车轮踏面磨耗,车辆横向稳定性降低;当一系水平刚度减小时,轮对蛇行模态的自然阻尼减小;当牵引杆纵向刚度降低时,构架横向振动模态自然阻尼减小,横向稳定性降低。轮对水平定位刚度和旁承摩擦因数以及牵引杆纵向刚度对下摇枕结构车辆横向稳定性具有显著影响,三者中任一参数的变化都会影响到整车横向稳定性。     

横风作用时间对高速客车直线运行安全性的影响

基于车辆/轨道耦合动力学原理,建立了横风作用下的车辆/轨道耦合动力学模型。模型中,车辆系统采用两系悬挂共35个自由度的多刚体动力学模型。轨道系统采用3层连续弹性离散点支承模型。用赫兹接触理论计算轮轨法向力,用沈氏理论计算轮轨滚动接触蠕滑力,并用显式积分法求解系统运动方程。横风由作用在车体中心的气动升力、侧力和倾覆力矩来模拟。通过数值计算,得到了横风作用下高速客车直线运行的系统动态响应,分析了不同横风作用时间对运行安全性的影响。结果显示,随着横风作用时间的增长,车辆脱轨系数、轮重减载率乃至倾覆系数迅速增大,车辆运行安全性不断降低。     

受横风作用的铁道车辆动态性能分析模型及其验证

为了分析受横风作用的车辆动态性能,建立了基于静态分析模型的动态分析模型,通过横向动载荷实车试验,验证了动态分析模拟程序的有效性。在比较了静态分析方法和动态分析方法差异的同时,验证了横风频率对车辆动态性能的影响,提高了临界倾覆风速的评价精度。     

基于静态法高速列车抗横风倾覆影响因素研究

随着我国高速铁路的飞速发展,风区运营的高速铁路不断出现,需对高速列车的抗横风倾覆性能进行深入研究。在对比分析日本的国枝方法和日比野有方法的基础上,针对我国CRH5H型动车组建立了横风倾覆静态计算模型,并对车体自重、转向架一系及二系悬挂刚度对列车抗倾覆性能的影响进行了数值模拟。数值计算结果符合实际规律,计算模型和方法可为风区运营车辆抗倾覆安全设计提供参考。     

环境风对路堤上快运集装箱平车气动力性能影响

基于三维、定常、不可压Navier-Stokes方程和k-epsilon双方程湍流模型,采用FLUENT流场计算软件对环境风作用下铁路快运集装箱专用平车(简称集装箱平车)所受气动力进行数值模拟计算。分析列车在铁路路堤上运行时车速和风速对车辆气动性能的影响,得出车辆气动力与车速、风速之间的变化关系。研究结果表明,在环境风作用下,10 m路堤上运行的集装箱平车:1)迎风面处于较大的正压区内,背风面处于负压区内,集装箱平车的背风面、顶部以及底架附近,均有漩涡产生;2)风速为32 m/s、风向角为90°时,车辆所受横向力、升力和倾覆力矩均随着车速的增大而增大;3)车速为160 km/h、风向角为90°时,车辆所受横向力、升力和倾覆力矩随风速的增大而增大;其中倾覆力矩近似与风速的1.6次方成正比。     

风雨联合作用下南京大胜关长江大桥地铁列车运营安全研究

为降低风雨联合作用对大跨度桥梁上城市轨道交通运营安全造成的影响，以南京大胜关长江大桥地铁搭载段为例，建立横风作用下列车倾覆数学计算模型，并研究列车在风雨联合作用下的运营安全性。结果表明：列车在背风侧运行时的临界倾覆风速大于列车在迎风侧运行时；相对于仅有强风作用，风雨联合作用下列车迎、背风侧的临界倾覆风速均有所降低且背风侧降低较为显著；仅强风作用时桥梁附属设施的增加使列车临界风速有所降低，风雨联合作用下桥梁附属设施的增加对列车临界倾覆风速的影响较小；风雨联合作用下，列车在边跨与中跨运行时的临界倾覆风速变化不大；雨强增大时临界倾覆风速降低不大。由此可见，风雨联合作用下对行车安全影响的主要因素是风速。     

强侧风条件下接触网检修作业车气动性能研究

针对接触网检修作业车自轮运转特种设备在大风天气下运行及作业安全标准研究的缺乏,采用三维、不可压N-S方程和k-ε双方程湍流模型,计算不同防风设施、不同路况和不同环境风风速风向条件对接触网作业车气动性能的影响规律。研究结果表明:有挡风墙下,侧滑角较小时,随着路堤高度的增加,车辆倾覆力矩增大;侧滑角较大时,随着路堤高度的增加,车辆倾覆力矩减小;其拐点在45°~60°左右,具体数值与挡风墙类型有关。无挡风墙下,当侧滑角β≤60°时,车辆气动倾覆力矩随着路堤高度的增高而增大;当侧滑角β60°时,车辆气动倾覆力矩随路堤高度的增高变化不大。接触网作业车工作平台升起、在-120°~120°转动时,30°左右时整车的倾覆力矩最大,-90°左右时最小。     

隧道阻塞比对临界风速影响的模型试验研究

分析阻塞比对临界风速的影响,采用1∶20缩尺隧道模型,在火源功率为5.88kW时,对9种不同阻塞比的临界风速进行模型试验研究。结果表明:有车辆阻碍物时临界风速明显降低,并随着阻塞比的增大而减小,且减小比例略小于阻塞比;对临界风速的测量值进行数据拟合得到阻塞比修正系数为0.548,从而提出考虑阻塞比时临界风速的计算公式;对比分析本实验所得与既往研究所得临界风速减小比例与阻塞比的关系,认为火源燃烧面高度、火源位置(火源与阻碍物的相对位置关系、火源在阻碍物内/外部)和车辆侧壁开口面积是导致有车辆阻碍物时临界风速减小比例与阻塞比关系不同的主要因素。     

悬挂式单轨车辆曲线通过性能分析

分析悬挂式单轨车辆的转向架结构及组成,建立相应的SIMPACK动力学仿真模型,总结悬挂式单轨车辆通过曲线时的受力分布和力矩平衡公式。应用控制变量法分别研究曲线通过速度、导向轮轮轨间隙和导向轮径向刚度对车辆曲线通过性能的影响。仿真结果表明,导向轮径向载荷随曲线通过速度和导向轮轮轨间隙的增大而增大,随导向轮径向刚度的增大而减小。其中,导向轮轮轨间隙对构架的横向加速度影响较大,对车体横向加速度影响较小。     

二系横向止挡刚度特性对高速动车组曲线通过横向舒适性的影响研究

二系横向止挡作为轨道车辆转向架二系悬挂关键零部件,对车辆动力学性能有一定影响,其刚度特性对高速列车曲线通过时的舒适性影响较大。对采用不同刚度特性参数的二系横向止挡的动车组,在线路不同曲线条件下进行试验,通过分析高速动车组平稳性、稳定性和安全性指标的变化规律,研究二系横向止挡刚度特性对高速动车组动力学性能的影响。线路试验结果表明,止挡刚度对车体的横向振动加速度影响较大,而对转向架稳定性及轮轨动态相互作用性能指标的影响甚微。     

高架桥高度对高速列车气动特性的影响

文章采用计算流体力学方法,针对高架桥高度变化对列车气动特性的影响进行了研究。结果表明,随着高架桥高度的增加,头车的倾覆力矩系数略微增大,而中间车的倾覆力矩系数逐渐减小,尾车的倾覆力矩系数基本不变。高架桥高度达到15m后,列车的气动六分力基本不随高架桥高度的增加而变化。     

一种新型柔性转向架横向稳定性分析

分析了一种新型柔性转向架的横向稳定性,运用线性分析方法研究其构架菱形刚度、扭转刚度、一系悬挂刚度以及踏面等效锥度等参数对蛇形临界速度的影响。将该新型转向架横向稳定性与普通地铁车辆转向架做了对比:该新型转向架临界速度相对较小,但仍能满足设计要求,具有较好的稳定性。用非线性程序对横向稳定性研究的正确性和可靠性进行了验证。     

基于标准研究横风下车辆运行安全性简化方法

为了探究一种分析车辆在横风作用下运行安全性的简化方法。基于标准EN14067-6中简化三质量模型和气动系数的预测公式,编制Matlab程序绘制国内某速度160 km/h动力车的风特性表,对该动力车在横风作用下运行安全性做出评估。三质量模型力矩平衡公式表明若未平衡力方向和横风风向同向,车辆运行时更容易被倾覆;由风特性表可知,该动力车在横风风速为33 m/s作用下,车辆不受未平衡力时,安全运行速度可达到200 km/h。因此该动力车过曲线遇到恶劣的横风时,应及时调整车辆运行速度到均衡速度附近,可以保证运行安全。利用三质量模型力矩平衡公式和预测公式可以简化地评价车辆在横风作用下的运行安全性。