高海拔峡谷地带高墩桥梁风致行车安全性分析

针对青海高海拔地区峡谷地带高墩桥梁行车抗风性能,采用CFD软件Fluent对典型厢式货车进行了车辆一桥梁组合气动特性分析,分别获取了在不同风攻角情况下的车辆、桥梁的气动参数曲线,在此基础上开展了不同路况、路面条件及不同横风风速下的风车桥响应分析和评价,得到对应的限速运营标准。研究结果表明:在100 km/h车速范围内,车辆沿着不同路况等级"干"路面行驶时,车辆行车临界风速均大于35 m/s。在100 km/h车速范围内,车辆沿路况等级为"非常好"和"好"的"湿"路面行驶时,车辆的行车临界风速为30 m/s,路况等级为"一般"时,行车临界风速和车速分别为30 m/s和90 km/h,表明车辆行车安全临界风速和车速均会随着道路等级的变差而降低;在路况等级为"非常好"和"好"时,在给定的风速(15～35 m/s)和车速(60～100 km/h)范围内行驶时车辆均不会发生行车舒适性问题,当路况等级为"一般",车辆的行驶速度超过80 km/h时,车辆总体计权均方根加速度大于0.8时,桥上行车将会对驾乘人员产生不舒适的感受。     

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.     

车辆荷载作用下沥青路面力学响应影响分析

为研究车辆荷载作用下沥青路面结构的力学响应,依托实体工程,埋设应力应变传感器,分析轴重、车速等因素对沥青路面动力响应的影响。 研究发现,随着轴重的增加,底基层层底和下基层层底的纵向拉应变均显著增加。建立车辆行驶速度分别为18km/h、36km/h和58km/h时的下面层层底三向应变时程曲线,拟合得到沥青层层底竖向压应变、纵向拉应变与速度的幂函数。结果表明:无机结合料稳定层层底纵向拉应变与行驶速度呈现线性变化关系。     

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.     

铁路散堆装货物在车辆车帮上的运行跌落分析

本文分析计算了各种不同装运铁路散堆装货物的车辆以90km/h的速度行驶在400m的曲线上时,车辆车帮上的散堆装货物颗粒沿曲线路段的切线方向飞出后,是否会打到机车前窗玻璃及旅客车厢玻璃,从而对旅客及机车乘务员安全构成威胁.经过计算分析得知,曲线内侧行驶的货运列车外车帮上的散堆装颗粒跌落后不能打到在外曲线迎面行驶的电力机车...     

四角互联空气悬架系统平顺性与消扭特性

为提高车辆在不平路面上的行驶平顺性,减小车身所受扭转载荷,提出了一种四角互联空气悬架系统.基于工程热力学和车辆动力学理论,构建了带四角互联空气悬架的整车动力学模型.通过搭建试验台架,验证了所建模型的准确性,并在Matlab/Simulink中进行了仿真分析.研究结果表明:当车辆以20 km/h的速度行驶在对扭路面时,与传统空气悬架相比,四角互联空气悬架可使车身加速度、侧倾角和车轮动载荷分别改善22.5%,24.2%和16.3%, 并消除27.8%的车身扭转载荷,但悬架动行程增大20.6%;连接管路内径在0~10 mm范围增大,互联效果越显著,当车速在10~60 km/h范围时,四角互联空气悬架能有效提升车辆隔振性能,且车速在40 km/h以下消扭效果更加明显.      

基于NGSIM轨迹数据的车辆行驶速度特性分析

行驶速度是驾驶人状态、车辆性能、道路环境及外部环境等因素共同作用的结果,也是上述复杂因素的外在表现,因此,对行驶速度进行微观特性分析具有重要意义。以NGSIM轨迹数据为研究对象,研究汽车在不同车道、位置、车头间距情况下的速度特性变化,并利用多项式曲线对不同情况下的速度曲线进行拟合。结果表明:随着车头间距的增大,平均车速增加趋势变缓;车头间距较小时,最内侧车道的车辆行驶速度最低,平均车速随车头间距的增加而增加;出入口对主路上车辆的行驶速度有一定影响;多项式曲线对自由流状态下的车辆行驶速度有较好的拟合效果。     

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.     

移动荷载作用下路面响应分析

用ANSYS有限元软件建立了三维有限元模型,通过ANSYS中trantsient的full瞬态动力学来分析车速80 km/h,轮压为0.7 MPa情况下路面的动响应。结论表明路表面应力在移动荷载经过瞬间达到峰值,各层应力峰值出现时间随深度增加而依次滞后;在移动荷载作用下,路表面的剪应力很小,近似为0,单元两主应力方向始终与坐标轴平行,当到基层顶部时两主应力都减少而剪应力增大,单元主应力方向随荷载的移动而发生旋转。     

公路平曲线超高／反超高对车辆操纵的影响

为得到超高率对车辆方向控制的影响,以“道路-驾驶人-车辆”仿真系统为手段,以超高率／反超高率和行驶速度为试验变量,以小客车为仿真车型,以一条设计速度为30km／h的三级公路为试验对象,进行了三维路面上行车动力学的仿真试验．试验结果表明：①超高会减轻侧向力作用下轮胎的侧偏角,从而减低对方向盘角输入的需求;②超高会减小弯道上的轮胎拖距,并减弱前轮转动对车体的抬升作用,明显降低曲线行驶时的操舵矩,从而使操纵变得容易;③超高也会增加车辆的侧倾摆动（朝曲线内侧）,对于低速车辆,其摆动会更明显;④小半径曲线上的双向路拱或者反超高会增加转向需求,当车速较高时,其方向将难以控制．     

纵坡弯道桥面沥青铺装结构剪应力分析

依据纵坡弯道车辆荷载作用特性,建立纵坡弯道桥面铺装结构三维有限元模型,分析车辆载重、行驶速度、弯道半径、纵坡坡度、沥青铺装层厚度与模量对水平剪应力的影响。结果表明：设计时避免最小半径极限值与纵坡坡度最大值同时出现,适当增大沥青铺装上层模量、铺装层总厚度、减小沥青铺装下层模量,并严格控制纵坡弯道上车速及车辆载重,可减少沥青铺装层发生推移病害的可能性。     

有轨电车嵌入式轨道路基荷载动应力特性分析

掌握有轨电车交通荷载下路基动力响应特性是设计嵌入式轨道路基结构的关键技术前提.首先，考虑车体间铰接形式、轨道支承特点与路基阻尼影响，构建有轨电车-嵌入式轨道-土质路基耦合动力学模型；然后，以中国普通干线铁路轨道谱为激励，进行动力学仿真；最后，分析路基面承受车辆荷载特点，并讨论动应力放大系数的概率分布特征与沿深度衰减规律.研究表明：嵌入式轨道结构路基面动应力的幅值受轨道随机不平顺影响服从正态分布规律；在有轨电车轴重11 t、设计速度100 km/h、90%干线轨道谱条件下，路基面动应力放大系数服从正态分布N(1.008, 0.100²)，超越概率30%的常遇动力系数为1.058，保证率为99.9%的极限动力系数为1.308；受路基材料阻尼影响，动应力放大系数沿深度线性衰减，阻尼增大，衰减趋势加剧；随着深度增加，动应力放大系数均值逐渐减小，由动力作用增大区略大于1过渡到动力作用减弱区小于1.     

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。     

非均布移动荷载作用下黏弹性沥青路面动力响应分析

基于实测非均布车辆荷载移动特性,采用Witczak黏弹性模型动态剪切模量,建立了非均布移动荷载作用下沥青路面结构瞬态动力分析的三维有限层模型,通过3D-MOVE Analysis软件分析不同路面温度、不同车辆行驶速度下沥青路面动力响应的时程变化和横向分布规律,并与均布移动荷载的计算结果进行比较。结果表明:路面结构层动力响应具有交变特性;基层与土基应变恢复具有滞后现象;面层顶面出现应力应变集中现象;在双轮加载区域内路面动力响应横向分布具有非对称性,各动力响应峰值出现在不同横向位置上;与均布移动荷载比较,非均布移动荷载作用下的动力响应沿横向变化较小;随着车辆行驶速度的增加,面层底部动力响应先减小后增大,有一个峰值点,临界速度约为48 km/h;当路面温度由-10℃升高至50℃时,面层底部纵向、横向应变突变幅度分布分别增加了2.75,1.53倍,面层底部剪应力显著增加,且高温下面层底部剪应力容易出现应力集中现象。     

交通荷载作用下煤矸石路基变形响应特性分析

交通荷载作用下路基变形是道路工程主要研究问题。对煤矸石填料进行动三轴试验,研究了煤矸石填料变形特性与累积振次、动荷载幅值的变化规律,并依据交通荷载动力特性,对交通荷载作用下路基变形响应进行数值模拟。试验和数值模拟结果表明:煤矸石填料变形随累积振次增加而增长,前期增长速度较快,后期增长速度缓慢且变形值逐渐趋于定值;相同振次条件下,变形随动荷载幅值增加而增长;车辆正下方路基沉降位移随路基深度增加而减小,但减小速率逐渐降低,沉降曲线在深度6 m左右出现明显拐点,表明交通荷载影响深度为6 m左右;路基沉降随行车速度增加而增长,这为道路路基设计提供了依据。     

降雨环境下大气底层边界型风场对高速列车气动特性影响

采用大气底层边界速度型风场模拟自然风和Marshall-Palmer雨滴谱模型,应用离散相模型研究了风雨联合作用环境下列车运行时气动特性的变化情况.结果表明:雨滴颗粒的加入扰乱了列车周围气流的正常流动,减轻了列车背风侧气流漩涡的脱落,列车迎风侧和背风侧的压力差减小;降雨强度对列车气动特性影响不大,从20 mm/h增大到100 mm/h,受影响最大的横向力仅增大了9.11%;风雨耦合环境下列车的运行速度对气动阻力影响较明显,列车时速从200 km/h到400 km/h,阻力增大了102%;随着车速增大,车辆所受横向力与升力的变化规律与车辆在列车中的位置相关,头车所受到横向力明显增大,而尾车的横向力则呈减小趋势,而所受升力正好相反,头车呈减小趋势,尾车则明显升高.     

车辆系统空气弹簧失气安全性分析

建立了具有刚度衰变特性的空气弹簧失气模型和非线性粘滑接触模型,结合车辆系统动力学,模拟空气弹簧失气动态过程与失气后的应急状态,分析了空气弹簧失气后车辆系统的稳定性与空气弹簧突然失气对车辆动力学性能的影响,研究了不同失气过程时长、运行速度与曲线通过工况下空气弹簧失气车辆的安全性。计算结果表明:空气弹簧失气后车辆临界速度由623km.h-1大幅降低为351km.h-1。空气弹簧突然失气导致轮轨垂向力减小,轮重减载率增大,且失气过程越短,轮重减载率越大,失气过程为0.2s时轮重减载率达到0.651。车辆运行速度低于300km.h-1时,车速对轮重减载率和轮轨力影响不明显,当大于300km.h-1时,减载率随车速增大迅速增大。车辆通过曲线时,在圆曲线上失气最危险,轮重减载率最大为0.652。     

动车组抗侧滚扭杆载荷特性

为获得抗侧滚扭杆在动车组运行时所受载荷的变化情况,结合陀螺仪和速度信号,研究了抗侧滚扭杆载荷随列车运行速度、曲线半径和曲线超高的变化规律;统计了不同速度级下抗侧滚扭杆载荷最值,并编制测试载荷谱、趋势载荷谱和动态载荷谱,计算趋势载荷与动态载荷在整个测试载荷中贡献的损伤比. 研究结果表明:直线工况下,抗侧滚扭杆动态载荷幅值随列车运行速度的增加而增加,当运行速度由250 km/h增大到350 km/h时,抗侧滚扭杆载荷幅值最大值增大了30%;在一定的过超高条件下,抗侧滚扭杆趋势载荷幅值随曲线半径减小而减小,240 km/h运行速度下最大载荷幅值由6.61 kN减小为3.54 kN;在曲线半径一定的条件下,抗侧滚扭杆趋势载荷幅值随曲线超高的增大而增大,240 km/h运行速度下最大载荷幅值由3.36 kN增大为5.80 kN.      

三轴车在波形路面上的动荷载研究

应用ADAMS动力学仿真软件,建立了某三轴重型车辆的多自由度整车仿真模型,分析了车辆在不同路面工况下行驶和车辆以不同载重、不同速度行驶时,对路面的动荷载作用。研究结果表明:在车辆的行驶速度范围内,车辆对路面的动荷载随着车速的增加而增加;随着路面振幅的增加而增加;且在相同条件下,满载车辆较空载车辆对路面的动荷载要大很多。     

水泥混凝土凹坑路面破损对重载车辆动荷载影响分析

水泥混凝土路面在使用过程中因车辆过载作用会加速破损,为分析路面破损状况对重载车辆动荷载变化,以福田欧马S5双轴车为研究对象,基于"1+2型"四自由度车辆振动模型,借助ADAMS软件对在不同凹坑路面破损状况、不同载重、不同车速的共同作用下,分析了破损水泥路面对重载车辆的动荷载影响。研究表明:在同一凹坑深度下,随着车速提高,车辆动荷载增大,其最大动荷载是静载的1.93倍;随着载重增加,同一深度下车辆动荷载增大,动荷载系数减小,凹坑深度在50～60 mm范围内,车辆最大动荷载是静载的1.49倍,此刻对于车轮,凹坑路面的破损程度对重载车辆的行驶平顺性产生了严重干扰。