纵向冲击下高速列车车体承载极限数值模拟

进行了高速列车车体6005A-T6、6082A-T6铝合金的静态拉伸和动态压缩试验,识别了0.001~2 500 s^-1应变率范围内2种铝合金的材料应变率效应,建立了对应的Johnson-Cook本构模型;构建了高速列车典型车辆的显式动力分析模型,完成了刚性墙冲击车体过程仿真,研究了车钩稳态载荷、冲击速度、加载方式对车体承载极限的影响;分析了高速列车一号车和二号车车体在冲击载荷下的变形演化,通过应力变化临界点确定了车体的承载极限,并对列车在更高能量配置模式下的车体承载性能进行了验证。研究结果表明：在0.001~2 500 s^-1应变率范围内,6005A-T6和6082A-T6铝合金应变率敏感系数分别为2.9×10^-3和8.5×10^-3,应变率效应不明显;纵向动态冲击载荷下,应变率强化对铝合金车体结构承载力影响不明显,惯性效应是其承载能力高于静态极限的主要原因;纵向冲击载荷从车钩位置传递时,一号车和二号车车体的动态承载力水平显著高于车体许用静态压缩载荷;冲击载荷下的车体结构承载力可为高速列车碰撞各界面能量分布问题中吸能元件平台力取值提供上界;可适当考虑提高车体许用压缩载荷以扩大列车端部吸能部件力学参数设计域,以满足更苛刻需求下的列车被动安全性能。     

车辆冲击数值模拟研究

为了研究车辆冲击对车辆运行安全性的影响,依据缓冲器计算理论,利用Simulink软件建立了货车缓冲器动力学修正模型;根据车辆系统动力学理论及车钩计算模型,利用UM软件建立了装用K6转向架的C80货车完整自由度车辆模型.将上述模型联合仿真,实现了车辆冲击的数值模拟.计算结果表明:两组车之间的冲击比一辆车与一组车间的冲击危害更大;车钩和从板质量使车辆产生高频小幅的车钩力;悬挂因素导致完整自由度车辆冲击模型的车钩力比单自由度车辆冲击模型小21.7%;车辆在纵向、横向和垂向存在耦合关系,轮轨垂向力随着冲击质量以及重心高度的增加而增大,轮轨横向力随着车端纵向压力的增加和曲线半径的减小而增大.      

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。     

水泥混凝土路面荷载应力的数值模拟分析

采用有限元分析软件ANSYS对水泥混凝土路面荷载受力进行数值模拟分析,根据不同的情况如荷载作用在面层板上的不同位置、不同的边界条件、材料的不同力学性质等模拟出了水泥混凝土路面在荷载作用下的挠度和应力。此种方法不仅精度可以满足工程上的要求,而且具有速度快、效率高的特点。     

高温高速气流逆流喷雾冷却的数值模拟与分析

针对高温高速气流内逆流喷雾的复杂过程,用Euler-Lagrange方法建立了数理计算模型,用CFD方法进行了数值模拟,得到了雾滴运动轨迹、气相速度场、气相温度场等大量信息,分析了水雾喷射夹角、雾滴初始粒径和水流量对气相出口温度的影响．结果表明：小雾滴的运动轨迹聚集在计算区域轴线附近,雾滴直径越大,其运动轨迹距轴线越远;喷入水雾后,气相速度场内产生了速度亏损,气相温度场内产生了温度亏损;水雾喷射夹角、雾滴初始粒径和水流量的变化对气相出口温度分布的影响很大．     

高速列车侧风效应的数值模拟

在侧风作用下,高速列车的空气动力学性能发生显著改变．基于三维定常可压缩流动的N-S方程,采用SST k-ω两方程湍流模型和有限体积法,对某型高速列车以350km／h的速度在25m／s侧风环境中运行的流场结构和气动力进行了数值模拟计算,分析了不同风向角的侧风对列车全车,以及受电弓、转向架和风挡等局部区域的作用．结果表明：在侧风作用下,列车的周围包括转向架处均产生复杂的涡流,压力分布十分复杂,转向架对流场的影响不容忽视;随着风向角（0～90°）的增大,侧向力系数及倾覆力矩系数也增大,列车倾覆及脱轨的风险性增加,且头车的倾覆力矩系数远大于中间车和尾车的倾覆力矩系数,应注重对头车的气动性能研究．     

梁体混凝土水化热温度场数值模拟

利用有限元分析模型,模拟了梁体水泥水化生热和对流边界条件,进行了混凝土水化热温度场仿真计算,与试验数据进行比较分析,结果表明,此方法可为类似工程借鉴。     

型钢混凝土柱破坏过程数值模拟

目前对型钢高强度混凝土柱的研究主要依靠试验研究数据来推导和总结。以ABAQUS有限软件为基础,建立数值模型;通过与试验数据和破坏形态对比分析,证明了ABAQUS中的混凝土损伤模型在型钢高强度混凝土分析中的准确性和有效性。     

黎城县污水管网工程顶管穿越长邯高速模拟数值分析

随着乡村城市化进程的发展,各种服务配套措施的跟进也是必不可少的,当布设市政管线时,与已建成的高速公路有交叉,顶管法就显示了它的优点,在不影响高速运营的情况下将管道敷设完毕。针对黎城县污水管网工程顶管穿越长邯高速,通过建立有限元结构模型~([1]),对穿越处顶管结构进行荷载组合作用~([2])下的计算分析,从截面强度和裂缝宽度方面研究顶管施工时套管的承载能力极限状态和正常使用极限状态~([3]),为之后类似的顶管穿越路基工程提供借鉴参考。     

高速列车隧道会车压力波的数值模拟

采用一维可压缩不等熵非定常流体流动理论的和广义黎曼变量特征线法发展了高速列车在隧道内会车所引起的隧道内空气压力瞬变的数值方法，并根据该方法计算、列车隧道内三种不同位置的会车压力波瞬变规律，结果表明，该方法可作为我国高速铁路单复线隧道设计参数选择的研究，为今后进一步研究隧道内会车引起乘客舒适性等问题提供基础和依据。     

隧道中高速列车空气阻力的三维数值模拟

为获得高速列车通过隧道时空气阻力变化规律,指导高速铁路纵断和列车头部的优化设计,采用三维粘性、不等熵、可压缩、非定常流的Navier-Stokes方程,用有限体积法进行区域离散,对高速列车通过隧道时的空气阻力进行了三维数值模拟.对计算结果中的空气阻力曲线进行了分析,将其中的空气阻力波动情况与列车的运行情况相结合,对此过程进行了详细的描述和解释.介绍了考虑隧道中列车空气阻力时高速铁路线路纵断面设计中最大坡度的折减方法.     

高速列车进入隧道的气动作用数值模拟

为了寻求减小气动作用的方法,基于三维非稳态粘性流的雷诺平均Navier—Storkes方程及两方程紊流模型,采用包含移动网格技术的计算流体力学方法,对高速列车进入隧道的气动作用进行了动态数值模拟;计算了2种车型（ICE和新干线300系）、5种车速（200,250,300,350和400km／h）和5种隧道断面尺寸的列车-隧道流场,获得了隧道内压力和列车气动阻力的变化趋势,并分析了列车速度、阻塞比、车头形状和线路状况等因素的影响．研究表明,列车速度和阻塞比对气动作用的影响具有一定规律．     

高速列车湍流绕流三维数值模拟研究

本文在般曲线坐标系下，采用Ｋ－ε双方程模型及壁面控制函数，借助于代数变换建立起以协变速度分量为独立变量的三维复杂钝体湍流绕流数值计算方法，建立了一套适合于近地大长细比复杂几何体的三维网格生成与控制方法，同时采用交错网格，成功地解决了压力－速度耦合关系。首次对高速列车三维湍流绕流场压力分布、速度分布以及气动阻力进行研究。本文的研究工作对进一步解决近地大长细比复杂几何体湍流绕流数值模拟是一个良好的开端     

新老混凝土粘结试件的受力数值模拟及分析

基于有限元数值模拟综合对比分析了劈拉极限状态下整体混凝土试块、传统的新老混凝土试块和采用钢筋机械连接的新老混凝土试块的粘结性能,结果表明:在相同条件下,采用钢筋机械连接新老混凝土粘结时,其劈拉强度比传统的不加连接件的新老混凝土粘结试块提高了约20%,而且采用钢筋机械连接件具有显著地抑制劈裂面的裂缝扩展,混凝土中不同位置的劈拉应力的增长与该处到钢筋轴心的距离基本呈线性关系.     

基于XFEM的混凝土开裂数值模拟研究

扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行混凝土开裂、裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了含初始裂纹的混凝土试件和重力坝的开裂扩展过程,分析了其位移、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,展示了扩展有限元法在裂纹扩展分析中的独特优势。     

高速动车组车内流场数值分析

运用FLUENT软件对高速动车组整车三维流场进行了数值模拟,计算中综合考虑了车体壁面传热、人体散热、太阳辐射等多种传热过程,通过计算获得了车内速度场、温度场分布,得出客室内风速满足UIC553的相关规定,同时针对流场中温度分布不均匀,对影响流场分布的相应结构进行了优化分析,提高了温度分布的均匀性．这些计算结果可用于指导高速动车组空调系统及车内气流组织的优化设计．     

混凝土材料破坏过程的细观数值模拟

从细观层次上分析了混凝土的内部结构,把混凝土看作是由粗骨料、硬化水泥砂浆及两者之间的过渡层组成的非均匀三相复合材料。介绍了混凝土细观结构的界面元离散仿真模型计算方法,论述并验证了该细观模型的正确性,对混凝土试样在单轴荷载作用下的破坏过程和裂纹扩展过程进行了数值模拟。     

混凝土劈裂试件断裂过程的数值模拟

将Duan—Nakagawa模型解析得到的断裂过程区上的应力和位移场转化为节点上的无体积、无长度的虚拟弹簧代替拉应变软化曲线，对混凝土劈裂试件的断裂过程进行有限元数值分析。在算例中，把裂纹尖端张开位移与材料的极限抗拉强度作为控制裂纹扩展过程的参数，模拟了混凝土劈裂试件起裂、扩展、破坏的全过程，与试验结果吻合良好。     

剧冲式高速岩质滑坡全程运动学数值模拟

基于剧冲式高速岩质滑坡几何学、运动学、动力学模型,通过离散单元法数值模拟,揭示和仿真再现了高陡边坡岩体破坏失稳后大变形阶段的运动过程和状态,进而为滑坡运动全过程动力学机理分析提供了科学依据。     

明线上高速列车会车压力波的数值模拟

本文根据明线上高速列车绕流场的特点，建立会车压力波计算模型，介绍用Ｐａｎｅｌ法计算的过程和计算中一些问题的处理方法，提出一种粘性修正的简单方法。并以一种研究中的高速列车为模型，计算了不同线间距下的会车压力波。