高速列车桥上等速交会时的车-桥耦合振动特性研究

为研究桥上高速列车等速交会时气动风压荷载对车-桥耦合系统的影响,基于三维非稳态湍流理论和多体系统动力学理论,建立考虑交会压力波的车-桥耦合动力学模型.以某高速列车在40 m简支梁桥上交会为例,结合该类型桥梁适应更高速度发展的需求,对桥上列车等速交会时车-桥系统的车辆安全性、平稳性指标及桥梁位移、冲击系数、加速度等进行了...     

强侧风下高架桥上轨道列车的安全运行

城市轨道列车在高架桥上运行时会受到强侧 风的影响,危及列车的安全运行。结合北京地铁 13 号 线、昌平线等线路的实际情况,针对强侧向风下列车的 安全运行问题,采用 SIMPACK 软件建立单车三维动力 学仿真模型。以高速列车在侧向风下的空气动力学模 拟计算得到的风载荷数据为基础,推导出列车在低速行 驶的风荷载,分析强侧风对列车在高架线路曲线段上 动力学性能的影响。结果表明,在强侧风影响下,列车 的轮轨动力参数考察指标( 如轮轨横向力、脱轨系数及 减载率) 均显著增大。最后提出在强侧风影响下,列车 在不同曲线半径下安全运行的最高车速参考值。     

列车高速交会流固耦合振动数值仿真分析

为了考察流固耦合关系下列车高速交会的安全特性,防止气流与列车相互作用对列车结构和运行安全性造成过大影响,综合计算流体动力学的有限体积法和系统动力学的分析方法,提出一种新的更符合实际的列车交会流固耦合振动仿真方法,同时求解流场方程和系统动力学方程,并采用流固耦合方法和传统的分离方法对350 km/h等速交会安全性进行分析,综合2种方法所得结果与线路试验数据,证明了流固耦合仿真方法的有效性,并分析了2种方法的差异。采用流固耦合方法更能保证列车高速交会安全性。     

侧风下列车/车辆气动力特性的实车测试和风洞试验

介绍了侧风下列车/车辆气动力特性的实车测试和车辆缩尺模型风洞试验,风洞试验结果与实车测试结果吻合得较好。     

侧风下高速列车临界倾覆风速研究

采用数值模拟方法计算横风下高速列车的气动力及力矩系数,利用EN14067的五质量模型研究横风下车辆临界倾覆风速曲线及不同参数对其倾覆的影响。研究结果表明:临界倾覆风速随着车速的增大而减小,随着风向角的增大先减小后增大,最小值在80°左右时出现,且随着未平衡横向加速度增大而减小。五质量模型中增加考虑的点头力矩和摇头力矩对临界倾覆风速有一定影响,其中若不考虑点头力矩,设置车辆临界风速限制时偏高,对于车辆运行安全性有不利影响。一系悬挂和二系横向刚度对倾覆系数影响不大。随着二系垂向刚度增加,前转向架轮对倾覆系数减小,后转向架增大。横向止挡间隙增大前后倾覆系数均增大。当抗侧滚扭杆减小到原值60%以上时倾覆系数略有增大,幅度不超过10%。车辆质心越偏向车辆前端时,前倾覆系数增加,后倾覆系数减小。     

高速列车交会时气流诱发振动的仿真研究

建立了CRH2型动车组的简化几何模型和50个自由度的车辆动力学模型.采用有限体积法对三维瞬态可压缩雷诺时均N-S方程和k-ε两方程湍流模型进行求解,并通过多体动力学计算得到了列车的动力学响应.详细分析了列车交会过程中气动力的变化与两列车相对位置的关系.研究发现:气动力在列车交会的短时间内发生迅速变化,气动力在高速列车交会过程中的作用非常明显,导致列车剧烈振动,列车的安全性和舒适性明显降低.     

列车交会时高架轨道箱梁结构振动特性分析

研究目的:针对列车交会运行时高架轨道箱梁结构的振动问题,基于车桥耦合动力学理论,建立多种列车交会工况下的车桥耦合联合仿真模型,从时域和频域的角度分析列车交会运行时箱梁结构振动传递规律,以期为高架轨道箱梁结构振动噪声控制提供理论依据。研究结论:(1)列车双线等速交会时,箱梁结构跨中截面的位移响应大于列车双线不等速交会时的位移响应,其中在箱梁顶板和底板位置,等速交会时的振动位移响应约为列车单向运行时的2倍,不等速交会时的振动位移响应约为列车单向运行时的1.66～1.72倍;(2)列车双线等速交会与单向运行时的箱梁局部振动频率基本相同,但等速交会时的加速度响应幅值约为单向运行时的2倍;(3)列车通过时,翼缘板处振动位移最大,腹板次之,底板最小;(4)本研究成果可为高架轨道箱梁结构减振设计提供理论依据。     

侧风下列车气动力特性风洞试验的数值模拟

介绍了采用CFD模拟再现用于研究侧风场景典型风洞试验的工作进展。对非结构网格进行了RANS,对笛卡尔网格进行了LES,并研究了各种方法的适用性。     

福厦高铁泉州湾跨海大桥主桥风-车-轨-桥耦合振动研究

为研究横风作用下泉州湾跨海大桥主桥的行车安全,基于风-车-轨-桥耦合振动分析方法,分析了横风作用下泉州湾跨海大桥主桥及桥上高速列车的动力响应,并根据既有规范评价标准,评价桥上列车的抗风安全性,提出了大风环境下桥上安全行车的风-车速阈值。结果表明：主梁跨中横、竖向动力响应随来流风速的增加而增大,尤其是主梁横向位移受来流风速的影响较为显著;列车动力响应随着车速的增加而增大,而高风速环境会放大车速对列车行车安全性的影响;与单线行车相比,双线列车作用主要影响桥梁的竖向位移,设计时速下约为单线作用的1.60～1.94倍,而车辆动力响应的变化较小;为保证桥上列车运行安全,当风速>20 m/s时,桥上行车需要限制速度,其中当风速<30 m/s时,建议关闭交通。     

路堤上运行的高速列车在侧风下的流场结构及气动性能

强侧风产生的气动力时高速列车的运行安全性有显著的影响。基于三维、定常、不可压N-S方程以及k-ε双方程湍流模型,采用有限体积法,对侧风作用下路堤上运行的高速列车进行数值模拟计算,所模拟的列车时速达350 km。通过分析侧风条件下列车周围的流场结构,得到了风速、车速与气动力之间的变化关系。研究结果表明,尽管所计算的列车外表几何形状简单,但其流场仍然非常复杂,列车背风侧将产生数个漩涡,漩涡的位置随车速、风速发生变化。车辆气动力随风速、车速的增加而逐渐增大。头车所受倾覆力矩最大,且其增长率也最大。     

利用车体横向激励模拟侧风下的列车响应

通过在车体上施加确定的横向激振载荷来模拟非稳态侧风,采用试验和仿真计算的方法,研究了静止车辆在非稳态侧风情况下的响应.研究结果表明,仿真结果虽然略大于测试结果,但总体来说,两者吻合得很好.     

考虑基础沉降的车-桥耦合振动分析

桥梁基础沉降是高速铁路桥梁在运营过程中的主要问题之一,过大的沉降直接影响车辆运行安全性和舒适性。为研究不同桥梁基础沉降形式和沉降量对车-桥耦合振动性能的影响,建立10跨高速铁路32 m典型简支梁桥有限元模型,开展无沉降、单墩沉降、相邻双墩沉降和相邻三墩沉降4种工况的车辆动力响应对比分析。另外,研究10～50 mm内5种沉降量对车辆动力响应的影响。结果表明:对于单墩沉降工况,当沉降量大于20 mm时,随着沉降量的增大车辆竖向加速度明显增大,当沉降量为50 mm时,车辆竖向加速度较无沉降工况增大了1. 2倍;对于相邻双墩沉降工况,车辆动力响应总体上比单墩沉降工况小;相邻三墩沉降对车辆竖向加速度影响显著,当相邻三墩沉降量分别为10,20,30 mm时,车辆竖向加速度比单墩沉降工况更大。研究结果可为确定基础沉降控制限值及线路抬高量提供参考。     

列车高速通过站台时的流固耦合振动研究

采用计算流体动力学(CFD)和多体动力学相结合的方法研究列车高速通过站台时的风致振动及安全问题。应用有限体积法和滑移网格模拟计算方法,通过求解三维瞬态可压缩N—S方程获取列车通过站台的气动力。运用Simpack软件建立3辆编组的动车组动力学模型,轨道不平顺条件选用美国六级谱,并将用CFD得到的气动力作为激励输入动车组动力学模型,对列车高速通过站台时的气动行为进行仿真计算,得到列车高速通过站台时的振动时程曲线。计算结果表明,列车高速通过站台时,在气动力作用下3辆车均不同程度向站台靠近,且尾车的尾部向站台靠近的距离最大,达到19mm;头车向站台靠近主要是由车体的摇头运动所致,中间车向站台靠近是由车体的横向摆动所致,而尾车向站台靠拢则是由车体的横摆运动和摇头运动共同作用所致。     

强侧风下中速磁浮列车在高架桥上运行时的气动特性研究

近年来,磁浮列车在轨道交通系统中发挥着越来越重要的作用,开展强侧风环境下中速磁浮列车在高架桥上运行时的空气动力学性能研究具有特殊意义.通过数值模拟的方法,对中速磁浮列车在不同风速作用下以不同速度通过高架桥时的空气动力学性能展开研究.研究结果显示:磁浮列车整车受到的侧向力、升力、侧滚力矩、偏航力矩随环境风速的增加而增加,...     

27t轴重货车车—桥耦合响应分析

利用车—桥耦合计算模型,从静力和动力两个方面分析了27t轴重货车在既有线运行时车辆和桥梁的耦合响应特性进行了分析。结果表明27t轴重货车具有较好的动力学性能;在充分考虑车辆运行状态和桥梁安全储备的基础上,需对既有桥梁,特别是小跨度桥梁等设备状态进行必要的评估和监测,以确保27t轴重货车开行的安全性。     

高速列车交会激励下雨棚振动响应

站台雨棚作为铁路重要基础设施,当动车组正线通过时会激扰雨棚造成结构损伤。为研究外部载荷激励下雨棚的动力响应规律及其主要影响因素,建立某高铁车站站台雨棚结构动力仿真模型,仿真计算CR400AF型动车组以不同车速在雨棚中交会时的气动载荷和轮轨力。结果表明：动车组交会时产生的气动载荷和轮轨力与车速有关,随着车速提高气动载荷和轮轨力增大,且气动载荷与车速的平方成正比;雨棚靠近线路中心位置处所受的气动载荷最大,雨棚宽度、长度方向所受气动载荷极值近似于呈对称分布,气动载荷随雨棚高度的增加而减小;雨棚振动响应与车速有关,随着车速提高雨棚振动响应增大;同等速度级交会工况下,雨棚端部振动响应比中部大;气动载荷和轮轨力对雨棚振动响应影响程度不同,其中气动载荷起主要作用。     

高速列车明线交会对列车的横向振动影响研究

采用数值分析方法,计算高速列车在明线交会过程中列车所受气动载荷,建立列车系统动力学模型,求解列车在气动力作用下的横向振动。采用有限体积法对三维瞬态可压缩雷诺时均Navier-Stokes方程和RNGκ-ε方程湍流模型进行求解,并通过动网格动态铺层技术实现列车的运动,将计算出的气动力和力矩作用于车体,同时对轨道不平顺及气动载荷作用下的动力学进行分析与数值模拟。结果表明:明线列车交会过程中,在考虑气动力时,气动载荷的横向振动频率主要集中在0.5~6.5Hz范围内。列车横向振动加速度及横向平稳性的影响比只考虑轨道不平顺时明显增加,其中头车的影响最为明显。     

高速列车隧道交会对列车横向振动的影响研究

为了研究隧道交会气动载荷对高速列车横向振动的影响,建立了某型号8节编组高速列车数值仿真计算模型。基于三维、非定常、可压缩的Navier-Stokes方程以及k-ε两方程湍流模型和滑移网格技术,数值模拟了高速列车在隧道内交会时的气动特性。通过建立8节编组的车辆系统动力学模型,研究了列车交会气动载荷对列车车辆系统动力学响应(列车的安全性和平稳性)的影响,研究结果表明:隧道交会气动载荷对列车的动力学性能的影响非常明显;当列车在隧道交会时,列车的横向振动加剧,列车的安全性和平稳性明显降低,其中头车、中间车和尾车的轮重减载率增加幅值分别为:14.4%、13.3%和9.1%;横向平稳性指标增加幅值分别为:10.66%、12.40%和5.22%。     

风-车-桥系统非线性空间耦合振动研究

将风、车、桥三者作为一个交互作用、协调工作的耦合振动系统,较全面地考虑风桥间的流固耦合作用、车桥间的固体接触耦合作用、风对车的空间脉动作用及整个系统的时变特性。主要研究内容如下。基于自由振动信号,提出一种颤振导数识别的新方法———加权整体最小二乘法(WELS),以识别桥道断面的颤振导数。为考虑斜拉桥桥塔风效应,根据大跨度斜拉桥结构形式特点,结合脉动风的相关特性,提出一种简化的大跨度斜拉桥三维脉动风场模拟方法。该方法将实际面状的三维相关脉动风速场简化为多个沿桥塔及主梁线状分布的独立一维脉动风速场,从而大…