典型川藏高速公路路线动力学分析与运行速度评价

高速公路已成为当前国内的重要出行方式选择,车辆行车的安全性与舒适性也越来越受到社会的广泛关注.利用车辆动力学分析软件,选取雅康高速公路第C3—C14合同段进行建模分析.该模型主要模拟在3种不同天气环境状态下的路面摩擦系数,并进行比较,给出车辆在不同路面环境下的建议行驶速度,以此验证该路线的设计合理性.仿真结果表明:在干燥及雨天路面环境下,车辆的建议行驶速度为100 km/h以内,该速度能使车辆的横向加速度保持在1.83 m/s2以下;在冰雪路面环境下,当车速超过85 km/h时,车辆容易发生侧滑,行车速度建议在80 km/h以内.     

半堤半堑路况上横风下高速列车气动特性研究

为研究在半堤半堑过渡段上行驶的高速列车在横风下的气动特性,以3编组高速列车作为研究对象,结合SST k-ω两方湍流方程,采用流体仿真软件Fluent对行驶速度分别为250,300 km/h和350 km/h,横风风速分别为15,20,25 m/s下半堤半堑路况上高速列车的气动特性进行了仿真研究。研究结果表明,在相同风速与相同车速下,头车受到的侧向力和倾覆力矩最大,中间车受到的气动升力最大;随着车速与风速的增大,各列车的气动特性值均有不同程度的增大;风速对列车侧向力和倾覆力矩的影响大于车速的影响。     

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景,通过车桥组合节段模型风洞试验,测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数,采用自主研发桥梁分析软件BANSYS,分析了不同风速、车速、车载状态下的风一车一桥系统,研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明：当风速为25m·S-1,车速达到100km·h。时,车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值,且当车速达到120km·h-1时,车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值;风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素;车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大;由于迎风侧车的遮风效应,在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。     

轮胎侧偏特性对过桥车辆行车舒适性评价的影响

侧风作用下桥上通行车辆因同时受到轮胎侧偏特性产生的侧偏力作用和桥梁振动响应的影响,驾驶员和乘客极易遭受行车舒适性问题,根据Dugoff非线性轮胎模型在车轮横向振动方程中引入轮胎侧偏力表达式,建立了考虑轮胎侧偏特性的车辆动力学分析模型.考虑自然风、车辆和桥梁三者之间的相互作用,构建了风-汽车-桥梁耦合振动分析框架,分析了不同影响因素下轮胎侧偏特性对车辆行驶舒适性评价的影响.结果表明:考虑轮胎侧偏特性后,车辆的横向振动状态得到了一定程度的改善,在风速25m/s及路面等级非常好的情况下,考虑轮胎侧偏特性时车辆行车舒适程度提高了20.6%.      

大风雨雪气象条件下高速公路车辆稳定行驶的临界车速研究

为保证车辆在大风及雨雪气象条件下的行驶安全,构建了车辆模型、气象环境模型和道路模型,利用Carsim软件进行仿真模拟分析,考虑不同风级条件下车辆在降雨积水路面、积雪路面和降雪结冰路面上,以特定线形组合为例,选取侧向力系数和侧向偏移量作为评价指标,研究车辆稳定行驶的临界车速.研究给出了不同气象条件下车辆在直线和圆曲线上的限速建议,结果表明:车辆在5级风以上的雨天积水路面,路段线形为直线时,车速应不高于80 km/h,当路段为圆曲线时,应将车速控制在50 km/h以下;车辆在5级风以上的积雪或结冰路面,路段线形为直线时,安全限速值为60 km/h;当路段为圆曲线时,应将车速控制在30 km/h以下.研究结果对恶劣天气下安全驾驶和道路限速提供一定参考,并提供风雨雪作用下车辆安全行驶临界车速的计算方法.     

平地上高速列车的风致安全特性

为研究高速列车在强侧风作用下安全行驶问题,基于空气动力学和多体系统动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型和车辆系统动力学模型.应用该模型计算了不同风向角、不同风速和不同车速下作用于车体上的侧风气动载荷.根据高速列车整车试验规范,以脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力为运行安全指标,分析了头车、中间车和尾车的运行安全性.研究表明:头车的安全性最差,且风向角为90°时,横风情况下最危险.随着车速的增大,最大安全风速急剧减小.当车速为200km/h时,最大安全风速为29.61 m/s;当车速为400 km/h时,最大安全风速为18.87m/s.     

桥隧过渡段高速列车行车抗风安全分析

列车由隧道驶上桥梁时会承受突变的风荷载，列车的响应发生突变，导致列车的行车安全受到威胁. 以某客运专线桥隧过渡段为研究背景，通过计算流体动力学 （CFD） 数值模拟和车桥耦合振动分析，计算了CRH3型列车通过桥隧过渡段时受到的气动力及车辆响应；对比分析了头车、中间车及尾车的气动力及列车响应，研究了大风攻角对列车气动力及行车响应的影响，探讨了最不利的安全指标. 研究结果表明:越靠近车头的车体，气动力突变与列车响应越大；相比0° 攻角，正风攻角对行车相对有利，+7° 的风攻角下列车受到的气动阻力和力矩减小了约10%；负风攻角会增大列车的气动力突变效应和行车响应，?7° 风攻角下列车受到的气动阻力和力矩增加了约10%；风速在22.5 m/s以下时，CRH3列车能够以200 km/h的车速安全通过桥隧过渡段；20 m/s风速时，车速在325 km/h以下时列车能够安全通过桥隧过渡段；随着车速与风速的增加，轮轴横向力是首先超限的安全性指标.      

瞬态风场下带风屏障的高架桥上高速列车气动特性

通过数值方法研究了中国帽型瞬态风中高速列车在带风屏障的高架桥上运行时的气动性能,并与恒定横风场下的情况进行了对比分析.结果表明,恒定侧风下高速列车头车周围的流场结构最为复杂,气动载荷变化最显著,而瞬态风作用下高速列车气动性能表现出一定时滞性,列车时速为300 km/h时,风速从13.8 m/s递增到23.46 m/s再递减至13.8 m/s过程中,列车所受到的气动力及气动力矩均发生显著波动,这与稳定横风下列车受到的恒定侧向力明显不同.当列车以时速200~400 km/h运行时,车速每增加50 km/h,列车运行的最大阻力增长9%~10%,其他气动力也随车速稳步增长,气动力矩的增大幅度则随车速的增长有显著加大趋势.     

车辆荷载作用下高速公路路基变形特性分析

以某高速公路为例,采用数值模拟方法分析了含病害路基在不同车辆速度和车轴荷载作用下的路基纵向和横向沉降规律,得到一些结论:沿车辆行驶方向和道路横断面方向,随着车轴荷载的增大,路基沉降量逐渐增大,随着车速的增加,相同条件下路基沉降量将减小;车轴荷载为185 kN情况下,车速40、60、80 km/h对应的无病害路基沉降比有病害时路基最大沉降可减小50%左右;行车速度不变时,沿车辆行驶方向各种车轴荷载下路基沉降曲线变化规律一致,但不同车速情况下,路基沉降曲线相异;车速为40 km/h,沉降曲线呈现出"w"形状的双峰分布,而在车速60 km/h和80 km/h时沉降曲线呈现出"V"形状的单峰分布。     

基于车桥耦合振动的公路梁桥行车舒适性分析

鉴于梁式桥行车舒适性差的特点，为探究过桥车辆在公路梁桥行驶过程中的乘坐舒适性，以一座梁式桥为分析对象，基于车桥耦合振动理论，进一步建立车桥耦合振动微分方程。采用自编车桥耦合MATLAB程序计算车辆座椅加速度，以国际标准ISO2631-1的加速度均方根值评价方法对司乘人员乘坐舒适性进行评价，分析车辆类型、乘坐位置、车重、桥面不平顺、车速等因素对车辆乘坐舒适性的影响。结果表明：不同的车辆类型，小汽车的行车舒适性优于货车和公交车；多排座椅的两轴公交车，前排座椅的乘坐舒适性比后排座椅的乘坐舒适性好且座椅距离车辆质心位置越远，乘坐舒适性就越好；不同乘客处于同排位置，站立乘客的舒适性要比座椅乘客的舒适性差；车辆乘坐舒适性对桥面路况等级很敏感，其随桥面路况的恶化而迅速降低；不同的车重，车辆乘坐舒适性随车重的增加而提高；车辆行驶速度对乘坐舒适性有一定的影响,但影响较小，为提高乘坐舒适性,建议对梁式桥的行驶车辆采取限速措施。     

基于人-车-路五自由度振动模型的路面平整度评价方法

为了准确评价路面的行车舒适性,以乘客的竖向加权加速度均方根值作为平整度评价指标,采用五自由度振动模型,考虑车路耦合,用传递矩阵法进行了人-车-路相互作用分析,研究了车速、车架转动惯量、座椅刚度系数和阻尼系数以及轮胎的刚度系数对加权加速度均方根值的影响,并建立了基于人-车-路相互作用的路面平整度评价方法。算例结果表明:A、B、C、D四个等级路面的加权加速度均方根值分别为0.3812、0.7963、1.2320和2.9706m.s-2,舒适性评价分级与路面分级时的主观评价分级相一致;相对于现有方法,该方法考虑了不同路面类型和行车速度的影响,体现了车辆的转动,可评价货车行驶的舒适性。     

大风区不同路堑结构中高速动车组的气动特性

建立长路堑路段高速动车组运行模型,通过数值模拟得到不同工况下动车组气动力,分析强横风环境下路堑结构对动车组气动特性的影响.研究表明:不同路堑结构中气动阻力均随风速和车速增大而增大,深路堑中动车组气动阻力约为浅路堑的2～2.5倍;在3 m深度的浅路堑结构中,动车组所受升力为正值,升力和横向力均随横风风速增大而增大;而在10 m深度的深路堑结构中,动车组所受升力为负值,升力随横风风速增大而增大,横向力随风速增大而减小;分析车速对气动力的影响:在浅路堑结构中,除阻力外,列车车速对其他气动力影响较小;在深路堑中,动车组气动力大小均随车速增大而增大,在相同风速条件下,当风速高于15 m/s时,车速每增大50 km/h,横向力和倾覆力矩增大约50%.     

舟山跨海大桥桥上安全行车风速研究

受大桥通航净空的限制,舟山跨海大桥桥面高程高、风速大以及桥梁本身的结构特点,使得车辆的行驶环境大为改变,影响行车安全.本文通过对不同速度下车辆所受风力及影响行车安全外力的综合分析研究,计算不同车速下跨海大桥上车辆的安全行车风速,为跨海大桥运营期限速指标的确定提供理论分析依据.     

侧向风荷载对人-车-路系统耦合振动的影响分析

采用谱解法模拟脉动风荷载场,根据风洞试验测得的车辆的空气动力参数,计算出作用在车辆侧面的风荷载;将风荷载加到人-车-路耦合振动系统方程中,建立起考虑其影响的系统耦合振动方程;采用人体加权竖向振动加速度均方根值对车辆乘坐舒适度进行评价,并对模拟风速场及侧向风速大小对车辆乘坐舒适度的影响进行讨论.分析表明：静态风减小了人体、车辆振动加速度的最大值,但对其加速度均方根值没有影响;脉动风作用下人体振动加速度最大值略有变化,但均方根值却增大较多;侧向风荷载场对路面结构的振动几乎没有影响;平整路面下乘坐者出现不舒适感的临界风速为55m/s,A级不平整路面出现不舒适感的临界值为15m/s.     

山区弯道景观对行车安全影响的仿真

为研究山区弯道景观对行车安全的影响,构建了仿真流程,研究了车辆横向滑移事故判断方法、驾驶员前方视野范围内障碍物或车辆产生方法、驾驶员视距计算及仿真车辆安全状态判断方法;用VB语言编写仿真程序,仿真分析了不同车速、弯道半径、景观位置对车辆运行安全性的影响.研究结果表明;设计车速为60 km/h且景观至路边距离相同时,大半径弯道较小半径弯道的危险概率减少约58%;曲率半径相同时,较高设计车速的道路景观对行车影响较小,中半径弯道设计车速为80 km/h较60 km/h的危险概率减少约33%.     

沥青路面平整度施工控制

引言 随着我国经济的飞速发展,高等级公路建设方兴未艾.人们乘车在高速公路上行驶,平整度能直接反映高速公路通车后的整体效果,是体现路面使用品质与行车舒适性的最直接的外观指标.而高速公路行车密度大、车速高,为确保行驶车辆的安全和舒适性,对路面平整度的要求很高.     

山区圆曲线路段半挂汽车列车行驶安全性分析

根据山区圆曲线路段的特点,分析了轮胎的受力和变形情况,建立了半挂汽车列车与山区圆曲线路段的耦合动力学模型。以牵引车和半挂车的轮胎侧偏角和折叠角为指标,运用提出的动力学仿真法分析了不同车速下圆曲线路段半径、超高、滑动附着系数对半挂汽车列车行驶安全性的影响,并与运行速度法和理论极限速度法的计算结果进行对比。仿真结果表明:当圆曲线半径为125m,路面超高为2%,滑动附着系数分别为0.20、0.35、0.50、0.80时,运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为20、35、55、72km·h-1,运用运行速度法求得的临界安全车速均为50km·h-1,运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为18、20、25、30km·h-1;当圆曲线半径为250m,滑动附着系数为0.35,超高分别为0、2%、4%、6%时,运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为35、38、25、20km·h-1,运用运行速度法求得的临界安全车速均为60km·h-1,运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为30、31、32、33km·h-1;当路面超高为6%,滑动附着系数为0.50,圆曲线半径分别为125、250、400、650m时,运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为58、62、70、72km·h-1,运用运行速度法求得的临界安全车速分别为50、60、68、71km·h-1,运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为28、37、48、60km·h-1。可见,提出的动力学仿真法考虑了车辆悬架动力学特性、天气与路面条件,可以准确描述半挂汽车列车的运行状态。     

如何提高沥青混凝土路面平整度浅谈

高速公路行车密度大、车速高,为确保行驶车辆的安全和舒适性,对路面的平整度要求很高。笔者通过几年的施工实践对如何在沥青混凝土路面施工中提高路面的平整度总结了以下几点。     

基于驾驶人视觉特性的平面立体视觉减速图案

根据驾驶人的视觉特性,设计4种不同颜色组合的平面立体视觉减速图案。利用3Ds max软件将"一"字形平面立体视觉减速图案做成三维立体效果,录制车辆以40、60、80、100 km/h等不同车速在室外空旷道路上行驶时的视频,利用Premiere Pro软件将减速图案的三维立体效果加载到录制的车辆实际行驶视频中,得出不同车速下较准确的减速带参数取值范围,从而得出不同车速下最佳视觉效果对应的平面立体减速图案。试验表明:该平面立体减速图案在改善行驶平顺性的同时,具有较好的减速效果。     

沥青路面平整度施工控制

引言随着我国经济的飞速发展,高等级公路建设方兴未艾。人们乘车在高速公路上行驶,平整度能直接反映高速公路通车后的整体效果,是体现路面使用品质与行车舒适性的最直接的外观指标。而高速公路行车密度大、车速高,为确保行驶车辆的安全和舒适性,对路面平整度的要求很高。我国高等级路面已普遍采用沥青路面,但近几年来,沥青路面不同程度的出现了坑凹、接缝台阶、波浪、碾压车辙、桥涵与路面接茬不平、跳车等路