兰新铁路现有土堤式挡风墙局部加高优化

随着兰新线上通过列车速度的提高,现有土堤式防风墙的防护效果亟需改善,考虑在原有挡风墙顶部进行局部加高改造。基于三维定常、不可压N-S方程与κ-ε双方程湍流模型,采用棚车为代表车型,在横风风速为50 m/s时,分别对不同加高高度的对称和非对称土堤式挡风墙条件下运行速度为120 km/h的货物列车所受气动力进行了数值模拟,以车辆倾覆力矩为考核指标分析挡风墙加高高度对棚车气动性能的影响。研究结果表明,在现有土堤式挡风墙顶部局部加高能有效地提高其对列车的防风作用;其对称土堤式挡风墙合理加高高度为0.28 m,迎风侧高度1 m和2 m的非对称土堤式挡风墙合理加高高度分别为0.62和0.49 m。结果为工程实际应用提供了理论依据。     

挡风墙高度和设置位置对车辆气动性能的影响

挡风墙高度是修建挡风墙时必须考虑的重要因素,在强侧风作用下,如果墙太矮,则起不到防风作用,太高则会使车辆有向挡风墙一侧倾覆的趋势。以超薄挡风墙为例,应用FLUENT流场计算软件,按二维定常、不可压纳维尔—斯托克斯方程与标准双方程湍流模型对强侧风作用时棚车车体在挡风墙防护下受到的气动力进行了模拟计算。将挡风墙固定在一个位置,棚车分别置于一线和二线,得到一线和二线上车辆受到的倾覆力矩之和最小时的挡风墙高度,即为合理高度。研究结果表明,挡风墙设置位置变化时,其合理高度也会发生变化,两者之间近似成3次多项式关系。     

戈壁强风区挡风构筑物限制下列车气动力学特性分析

基于数值模拟分析结论,揭示了在风速为35.1 m/s条件下,2种不同既有挡风构筑物结构形式限制下的列车气动力学特性规律。首先计算得到平坦地表列车所受侧向压力为3 645 N,倾覆力矩为7 900 N.m;路基高度为4.0 m时,侧向压力为7 978 N,倾覆力矩分别为17 820N.m;在平坦地表上设置土堤式挡风墙后,侧向压力与倾覆力矩分别减小45%、36%,设置对拉式挡风墙后,侧向压力与倾覆力矩绝对值分别减小94%和96%;当路基高度为4.0 m时,设置对拉式挡风墙后,压力与倾覆力矩绝对值均减小94%。分析表明,在平坦地表上对拉式挡风墙的防护效果好于土堤式挡风墙,得出各种既有挡风构筑物墙后列车的气动力学特性参数指标,为既有挡风构筑物的优化以及后建工程措施提供参考。     

加筋土式挡风墙优化研究

研究目的:使车辆受到的气动力减小及挡风墙建设施工具有良好的经济性。研究方法:采用二维粘性不可压缩雷诺平均应力方程,在横风风速为35．1 m／s时,路堤高度、挡风墙高度、设置位置不同条件下,对加筋土式挡风墙背风侧车辆的气动力进行数值模拟计算。研究结果:确定了挡风墙最佳高度和最佳设置位置随路堤高度的变化规律。研究结论:随着路堤高度的增大,挡风墙最佳高度不断的减小,但减小的幅度越来越小,而挡风墙的最佳设置位置变化幅度较小,基本在3．4～3．5之间。     

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。     

戈壁铁路挡风墙背风侧流场特征与挡风功效研究

为了掌握戈壁地区铁路沿线各种既有挡风墙的功效与不足之处,基于流体数值分析方法,对高度为3.0 m的不同形式挡风墙背风侧在不同风速条件下的流场进行了模拟计算分析。得到了不同形式挡风墙背风侧的流场特点、风向和风速变化规律:对拉式挡风墙背风侧的涡流特征显著,其大风遮蔽效应系数呈现出先降后升的规律性变化;而土堤式挡风墙背风侧不仅不存在涡流区,且大风途经土堤式挡墙后流场运动要素变化较小。计算数据显示,对拉式挡风墙的挡风效果优于土堤式;挡风墙高度为3.0 m时,对拉式挡风墙能够满足要求,而土堤式挡风墙则不能满足要求,需要加以改进。以上研究结论为铁路的安全运行与防风沙设计提供参考与依据。     

强侧风作用下不同类型铁路货车在青藏线路堤上运行时的气动性能比较

在强侧风作用下,作用于列车的气动力迅速增加,严重影响列车运行的稳定性。本文基于三维、非定常N-S方程,采用动网格技术对货物列车在青藏线路堤上强侧风作用下运行进行了模拟计算,得到棚车、集装箱平车、敞车和罐车4种类型货物列车所受气动力。将计算结果与风洞实验结果进行对比,升力、侧向力和倾覆力矩均吻合较好。计算结果说明:随着侧风速度的增大,作用于棚车、集装箱平车、敞车、罐车的侧向力及倾覆力矩均显著增大;在强侧风作用下,棚车所受侧向力及倾覆力矩最大,故棚车在强侧风作用下较易发生倾覆事故,而罐车所受侧向力及倾覆力矩最小。     

桩承加筋式路堤的承载机理研究

具有深厚软弱下卧层的路堤可采用桩承加筋式复合地基,以提高地基的承载力、减小路堤总沉降和差异沉降,而且可以布成疏桩,提高桩土荷载分担比,降低工程成本,在国内外的应用越来越广泛。本文采用拉格朗日描述位移的大变形有限元分析方法,研究桩承加筋式路堤的荷载通过土拱效应和拉筋材料传递到桩身的机理和变化规律,及其受路堤填筑高度、桩身刚度和桩间距、路堤填土的工程性质、拉筋材料抗拉刚度和铺设位置的影响性状。通过数值分析,得到一些有助于桩承加筋式路堤设计的结论。     

大风环境下YW25G型客车横向振动偏移量研究

采用基于机器视觉的车辆动态偏移量检测方法,对YW25G型客车在大风环境下停留和运行时的横向振动偏移量进行了实车测试试验,提出了气动力作用下振动偏移量系数的概念,分析了列车在各种挡风墙后和无挡风墙区段停留时的横向振动偏移量系数,结果表明:得到YW25G型客车在风区停留时的最大横向振动偏移量为67 mm,在风区和非风区运行时的最大横向振动偏移量分别为141 mm和86 mm;无挡风墙时,YW25G型客车的气动力作用下的横向振动偏移量系数最大;在砼枕直插式和砼枕式挡风墙后时,该系数最小;在土堤式挡风墙后的相应系数最大;分别在加筋对拉式、加筋对拉加高式、桥式挡风墙后时,该系数则由小变大.     

基于离散元数值模拟的桩承式加筋路堤土拱效应研究

桩承式加筋路堤能有效控制地基沉降和侧向变形,可快速填筑施工,大大缩短施工工期。土拱效应是桩承式路堤的主要工作机制,目前有多种模型。然而,对于不同路堤高度条件下桩承式加筋路堤土拱效应演化重视程度还不够。本文通过桩承式加筋路堤离散元数值模拟,验证了路堤变形为同心椭圆模式,高路堤条件下路堤存在等沉面且等沉面高度随路堤填筑高度增加而减小;揭示了填料高度增加下的桩承式路堤土拱效应变化规律以及桩承式加筋路堤土拱高度随路堤高度增加而降低的现象。     

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。     

强风区挡风墙高度和位置对接触网区域风速的影响

强风区挡风墙的修建能有效保障列车的正常安全行驶。而挡风墙高度和位置的变化直接影响到接触网区域的风速,因此是修建挡风墙时必须考虑的重要因素。采用高雷诺数κ-ε紊流模型,建立了列车分别位于1线和2线时的计算模型,应用计算流体动力学软件STAR-CD对接触网区域在强风区挡风墙作用下的风速和仰角进行了数值模拟计算,得出不同条件下接触网区域风速的分布数据。研究结果表明,挡风墙高度为3 m以上和距线路中心5 m时,是比较适合列车行走的位置。     

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.     

新疆单线铁路土堤式挡风墙坡角优化研究

为提高新疆单线铁路土堤式挡风墙的防风效果,防止列车倾覆,提出只改变挡风墙的迎风侧坡角而背风侧坡角不变(方案1),以及挡风墙的迎风侧坡角和背风侧坡角相等且同步改变(方案2)的2种优化方案。采用数值模拟计算方法对比这2种优化方案对列车气动力系数的影响。结果表明:在列车处于静止状态下,方案1中挡风墙迎风侧最佳坡角为57°,方案2中挡风墙迎风侧和背风侧最佳坡角均为69°;在列车以20～120km.h-1速度运行的动态状态下,按方案1,为达到列车倾覆力矩为0的最佳防风效果,挡风墙迎风侧坡角也必须随着列车运行速度的增大而增大;而按方案2,挡风墙的迎风侧和背风侧坡角基本不随列车速度的变化而变化。因此建议在实际工程中采用方案2进行土堤式挡风墙坡脚的优化设计。     

风沙流对戈壁地区挡风墙响应规律的数值模拟分析

基于FLUENT欧拉双流体模型,对兰新铁路沿线既有挡风墙周围风沙两相流运动特性进行数值模拟,得到挡风墙背风侧的流场分布特点以及积沙情况。结果表明:挡风墙背风侧风速廓线变化规律呈指数增长趋势,在0.5 m至挡风墙自身高度区间内变化较为复杂,呈先减小后增加的趋势;挡风墙背风侧近地表气流速度反向增大后沿着初始速度的方向减小为0且继续增大至初始速度大小,风速最大值增加的幅度保持在50%左右,风速越大,气流的削弱作用越明显;当初始气流速度为较小时,线路上积沙较少,沙粒多数堆积在挡风墙背风侧墙角处;随着风速的增加,单位时间内通过挡风墙的沙粒增多,由于过流断面减小,气流扩散,更多沙粒沉积在线路上;在强风地区,布设挡风墙时应考察线路上风向的地表情况,沙源比较丰富时应采用工程治沙措施来减小风沙流密度,达到防沙的目的。     

强横风下青藏线棚车气动性能研究

采用非结构网格,对强横风下青藏线桥梁上运行的棚车气动性能进行数值模拟,并对部分数值模拟的结果进行风洞实验验证。计算结果表明:实验结果和数值模拟的结果较吻合;在指数风条件下,棚车的气动力随桥梁高度和横风速度的增加而迅速增加;而列车的减速运行,将使棚车所受到的气动力和倾覆力矩降低,有助于棚车安全通过风区桥梁。