高速列车波纹外地板低噪声优化设计

基于混合有限元-统计能量法及周期子结构原理, 建立了高速列车波纹外地板声学特性仿真模型, 根据波纹外地板结构的传递损失评价隔声性能, 分析了波纹板结构、波纹板加上板结构、波纹板加下板结构和波纹板加夹板结构在不同腹板倾角下的隔声性能。计算结果表明: 波纹板和波纹板加上板结构在各个角度的隔声量都明显高于其他两种结构; 波纹板加下板结构隔声效果最差, 波纹板加上板结构隔声效果最好, 两者在腹板倾角为55°时隔声量差值为6.9 dB。通过隔声量分析, 得出了不同频率噪声下的腹板倾角和结构的最佳组合, 为高速列车波纹外地板低噪声结构设计提供依据。     

提速和高速列车机械结构可靠性研究

2004年度本研究的重点工作在于转向架构架的结构可靠性问题，细化了提速及高速列车转向架构架的强度评估标准及寿命预测的研究方法，完成了焊接试件疲劳试验方案和部分焊接试件的制作；在实验室模拟了构架的动态服役环境试验并进行了关键受力部位动应力采集。基于提速货车RD2车轴发生的大量的断轴事故，     

高速列车车体侧顶圆弧结构优化

以新一代高速列车车体为研究对象,对车体结构进行了有限元分析,得到了车体侧顶圆弧结构区的应力分布.在对圆弧结构区弹性力学平面简化模型分析的基础上给出了型材分布规律,对型材结构进行了优化改进,使车体圆弧结构区的应力明显降低,为车体结构的实际设计和优化提供了有效的参考依据.     

高速列车透射噪声与结构噪声的分离

高速列车噪声是影响车内旅客舒适度和铁路沿线居民生活质量的重要因素,如何有效的降低噪声是高速列车设计者们所关心的问题之一.研究表明,高速列车的车内噪声由透射噪声与结构噪声组成,如何有效的从车内噪声中分离出这两种噪声成分将为列车的减振降噪设计提供一定的指导作用.本文以高速列车实车噪声数据为研究对象,首先运用多种数字信号处理的方法对高速列车噪声数据进行了分析,总结了高速列车噪声的主要特点;然后通过对列车静止时和运行时的噪声透射情形分别进行建模和分析,指出可以利用车体的频响特性作为反映车体隔声性能的声学参数,并提出了一种计算频响特性的简便算法;最后,利用该算法从实车噪声数据中计算出了车体的频响特性,并在此基础上实现了透射噪声与结构噪声的分离.     

基于Virtual.Lab软件的高速列车结构噪声仿真分析

从高速列车车内噪声频率特性入手,分析了高速列车低频结构噪声在车内声场中的重要作用.通过采用Virtual.Lab软件,创建了某高速列车中间车车体的结构噪声计算模型,并在Virtual.Lab软件中进行了声振耦合计算,分析了在车体转向架上方振动加速度激励情况下,车内噪声的频谱特性.结合经验性的测试结果,计算得到的结果具有一定的参考意义.通过创建更为准确的结构噪声计算模型,分析列车结构噪声的特性,为今后的高速列车研发设计提供参考.     

高速列车车下悬挂结构优化设计方法

基于CRH3高速动车组运营过程中车下设备舱支架故障,从车下设备舱系统与列车各系统之间、与外部运行环境之间的耦合匹配关系人手,综合在线动应力测试、空气动力学压力测试、振动模态测试和数值仿真等技术,对车下设备舱系统功能、结构及安全可靠性进行了系统地研究,提出了结构失效原因、结构新方案仿真计算、样件线路运行试验、结构可靠性评估的优化设计方法．     

高速列车与线桥结构动态相互作用理论分析与试验研究（国家自然科学基金项目：50178061）

由本项目负责人主持，联合北方交通大学、中国铁道科学院和中南大学桥梁专家共同开发了这一软件。该软件由列车、轨道、桥梁、轮轨关系以及轨/桥作用五大模块组成。五大模块建立了完备的机车车辆模型库、轨道模型库、桥梁单元模型库以及轮轨关系模型、轨/桥作用模型     

隧道结构对高速列车穿行过程气动特性的影响

以CRH2型高速列车穿行隧道过程的气动特性为研究对象,建立了列车模型及具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道计算模型,并与相同工况下的模型实验进行对比,验证了仿真模型的可行性.以kε-湍流模型为基础,对高速列车以不同速度进入具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道时的外流场进行了仿真模拟.分析了列车在进入隧道时压缩波的产生机理,得到了列车表面风口在车体进入隧道过程中的压力波动情况.仿真结果表明：隧道缓冲结构的缓冲性能按抛物线型、线性、不连续性的顺序依次减小;压力值随阻塞比增大而线性减小.由此提出了减小列车进入隧道时表面压力波动的方法.     

高速列车底部结构参数对气动噪声影响规律

为更好地开展高速列车气动降噪设计,建立了高速列车头车第一组转向架区域的6参数模型,采用计算气动声学和拉丁超立方抽样实验所设计的方法,得到了13个参数化模型的远场气动噪声、转向架舱内湍流脉动功率级和声功率级,并分析了底部结构参数对远场和近场气动噪声的影响规律.结果表明：底部结构参数对远场噪声影响范围为75.4～78.9 dB(A),裙板高度、排障器厚度、转向架舱后缘倒角和舱长度与远场噪声为负相关,舱前缘倒角、排障器前缘夹角与远场噪声为正相关,底部结构参数的变化主要影响中心频带315～1 250 Hz间的噪声能量;排障器厚度和前缘夹角与远场噪声、舱内湍流脉动功率、声功率均为负相关;裙板高度和远场噪声、舱内湍流脉动功率级为负相关,与舱内声功率为正相关.     

高速列车转向架空气阻力的数值模拟

为了研究转向架的空气阻力特性, 建立了列车空气动力学模型。基于三维定常可压缩N-S方程和k^-ε两方程湍流模型, 采用有限体积法对速度为400 km.h^-1的高速列车空气动力学性能进行了数值模拟, 分析了车底结构对转向架气动力的影响。研究结果表明: 转向架区域的流场结构非常复杂, 转向架前后都会有漩涡形成; 高速列车各转向架所受气动阻力差别很大, 无侧风条件下, 头车一位端转向架阻力是第4转向架阻力的4倍以上; 转向架气动阻力占列车总阻力的20%以上, 在侧风作用下占40%以上; 不同车体底部形状使转向架阻力最大相差30%以上; 适当改进列车底部结构, 有利于减少转向架的气动阻力, 进而减小列车运行气动阻力。     

高速列车受电弓杆件减阻降噪研究分析

高速列车受电弓是列车高速运行时气动阻力和气动噪声的主要来源之一。为探索受电弓杆件的减阻降噪方法,基于仿生学思想将高速列车受电弓光滑表面设计成螺纹型非光滑结构,同时研究在螺距和螺纹直径参数下对气动阻力和气动噪声的影响。选取高速列车受电弓杆件的典型尺寸建立流体仿真分析模型,采用非结构化混合网格,利用Standard k-ε湍流模型及宽频噪声模型,通过数值方法计算流场的分布特征和气动噪声大小。计算结果表明:螺纹型非光滑结构能更好地影响圆柱体尾涡区的形成,是有效降低高速列车受电弓杆件气动阻力和气动噪声的关键。为了进一步探究螺纹型非光滑结构杆件对高速列车受电弓减阻降噪的影响,设计了凹槽螺纹型和凸陷螺纹型两种不同结构杆件,分别在不同的螺距和螺纹直径参数下进行流场计算结果分析。结果表明,在350 km/h的风速下,螺距和螺纹直径参数一定时,凸陷螺纹型杆件的减阻降噪效果要优于凹槽螺纹型结构;其中,螺距PPD=60 mm,螺纹直径d=1 mm的凹槽螺纹型杆件具有最优减阻降噪效果,单个杆件的减阻率达3%;而对于凹槽螺纹型杆件类型,螺距PPD一定时,d/D的比值在0.017～0.067范围内,随着螺纹直径d的增大气动阻力和气动噪声均升高,当d/D数值超过0.067之后有显著降低气动阻力和气动噪声的趋势。     

高速列车车内温度场与气流场研究

应用FLUENT软件对高速软卧车包间内的温度场和气流场进行了数值模拟,基于非稳态的双方程湍流模型,分别对夏季、冬季送风情况下包间内的温度、速度分布进行分析.研究结果表明,客室空调原送风量分配方案对应的温度场和气流场不能满足标准要求.通过调整客室内各个部位的风量,温度场和气流场的计算结果基本满足UIC553的要求.根据以上的仿真计算结果对目前的通风系统提出了合理的改进建议.     

升力翼对高速列车列车风与尾流特性的影响

为探究在高速列车车顶安装升力翼后引起的列车周围流场剧变,以三车编组1∶10缩尺比某型CRH高速列车模型为研究对象,采用基于两方程湍流模型的改进型延迟分离涡模拟(IDDES)方法,对比分析了有无升力翼的2种高速列车时均和瞬时列车风的发展规律;利用涡旋识别方法探讨了尾迹区瞬时涡结构分布特征,通过比较尾迹区不同流向位置的列车风分布特征与尾流涡旋移动规律,验证了列车风速度峰值与尾涡非定常特性的相关性,采用频谱分析方法获得了尾迹区速度功率谱密度曲线。研究结果表明：升力翼的几何外形结构加剧了车身表面边界层分离,令列车顶部和侧表面边界层厚度增大;升力翼使列车风速度峰值增大,其中在轨侧和站台位置最大时均列车风速度分别增大了1.556和1.327倍,且相较原型列车第2个峰值位置延后;由于翼尖涡不断向下游发展和累积,升力翼列车尾流结构表现为大尺度涡对中夹杂着一对更为破碎的细小涡旋,相较原型列车,涡旋与地面之间的剪切作用更强,升力翼列车尾流时均列车风速度在展向分布上有所增大,但垂直分布上有所降低,并在水平面上出现更明显的剪切分离;升力翼列车尾迹中包含较多破碎的小尺度涡,进而影响了尾迹涡脱落频率,使之比原型列车具有更高的能量,且涡旋耗散速度更慢。     

强侧风对时速350 km高速列车气动性能影响分析

采用NURBS曲面设计方法完成对某型高速列车头车的三维数字化设计建模,基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε方程湍流模型,利用有限体积数值模拟方法分析计算出列车的速度阻力函数关系,同时针对列车在不同风向角的强侧风环境中运行时压力场和速度场做了进一步研究。研究发现:在无风明线上运行时列车所受空气阻力与运行速度的平方成正比,侧风运行时随着风向角的扩大空气阻力系数呈现先增大后逐渐下降的变化趋势。流场分布结构复杂不规律,当侧风情况较为严重时正压区主要分布在迎风侧,负压区主要分布在背风侧和车顶部位,且负压表现更为强烈,列车前端滞止点向迎风侧发生偏移,致使迎风侧与背风侧产生巨大压差。     

高速列车气动噪声仿真与试验对比分析

通过Actran建立某高速列车1∶8缩尺比例的三辆编组的列车气动噪声CFD/CAA混合数值分析模型,模拟列车在250 km/h运行速度下外气动湍流噪声,分析结果表明,车外气动噪声在车头、受电弓、转向架处较大,且主要集中在500~2 000 Hz频率范围内.并将仿真分析结果与相应1∶8缩尺比例的列车模型在声学风洞中的气动噪声试验结果数据进行对比分析,仿真数据与试验数据基本吻合,仿真分析结果可以为新车型设计与改进提供可靠的数据.     

高速列车头部气动性能的模拟计算与试验

为了研究高速列车的头形对列车整车的气动性能有着重要的影响,对一节半车编组列车分别进行了空气动力学仿真分析和风洞试验.采用有限体积法对列车头部周围流场进行区域离散,进行气动性能仿真分析,得到高速列车头车的气动特性参数.在满足几何相似的基础上,对一节半编组的列车模型进行风洞试验,获取头部的气动参数,并从模拟仿真分析结果与风洞试验结果对比分析中验证,两种方法能够相互补充,相互印证,为高速列车头形的研究总结出有效的研究途径.     

大型数控强力旋压机关键零件制造工艺研究

在分析我国大力发展大型数控强力旋压机的必要性的基础上,研究了影响旋压机关键零件主轴的制造加工精度和质量的一些重要因素,有针对性地提出了提高主轴的加工精度和表面质量的技术路线和制造加工工艺措施.实践表明这些措施正确,取得了满意的效果.     

高速列车头部气动性能的模拟计算与试验

为了研究高速列车的头形对列车整车的气动性能有着重要的影响,对一节半车编组列车分别进行了空气动力学仿真分析和风洞试验．采用有限体积法对列车头部周围流场进行区域离散,进行气动性能仿真分析,得到高速列车头车的气动特性参数．在满足几何相似的基础上,对一节半编组的列车模型进行风洞试验,获取头部的气动参数,并从模拟仿真分析结果与风洞试验结果对比分析中验证,两种方法能够相互补充,相互印证,为高速列车头形的研究总结出有效的研究途径．     

气动载荷下高速列车车体焊接结构疲劳寿命预测

随着列车速度的不断提高,列车与空气的相互作用成为一个备受关注的问题.从可靠性的要求出发,将数值模拟计算结果与试验结果进行了对比,验证了模拟计算的可靠性.在此基础上采用流固耦合技术实现了实际计算载荷与有限元模型的耦合.并对耦合后的某车体焊接结构应用焊缝疲劳寿命预测的新方法——主S-N曲线法,对关键焊缝进行了焊缝疲劳寿命预测.为车体焊接结构的进一步设计提供参考.     

高速列车头型数值设计优化研究现状与展望

基于试验的传统列车头型设计方法通过对比从有限设计方案中寻优,并非真正意义上的优化。联合CFD仿真和优化算法进行列车头型设计优化,是列车设计研究的一个新方向。从设计方法、参数化建模以及计算策略等4个方面综述了国内外高速列车外形数值设计优化的研究现状,指出高速列车头型设计的发展趋势,即向与建筑物耦合设计、谱系化设计、多学科设计、全寿命周期设计及随机设计5个方向发展。我国列车运行速度不断提高,需要设计运行安全、高效与环境友好的高速列车头型,发展能广泛应用、高效可靠的列车头型设计理论与方法,建立高速列车头型设计技术规范和标准体系。