基于大涡模拟的高速列车横风运行安全性研究

结合高速列车空气动力学和多体系统动力学,研究横风对高速列车运行安全性的影响.首先采用大涡模拟计算方法,研究了不同横风风速下高速列车非定常气动载荷的时域及频域特性,列车周围流场结构及相应的非定常流场特性.然后建立高速列车多体系统动力学模型,将得到的气动力作为外加载荷作用于列车上,研究了不同横风风速下定常气动力和非定常气动力对直线上高速列车运行安全性的影响特性,计算结果表明,与定常气动力相比,作用于车身上的非定常气动力使列车的振动加剧.最后参照高速列车的安全运行标准,对高速列车的安全运行进行分析,为横风下高速列车的安全运行提供参考.     

强横风与轨道不平顺耦合作用对高速列车运行安全性影响分析

横风对高速列车运行安全性影响十分显著,轨道不平顺影响着列车轨道相互作用关系。目前已有研究尚未充分考虑到中国高速铁路无砟轨道线路状态的变化与横风作用下高速列车安全性问题的影响。为了研究这两者的变化耦合而造成的列车安全性影响,采用计算流体力学软件和有限元软件联合仿真,建立横风-高速列车-轨道耦合动力分析模型,输入5种典型的高速铁路无砟轨道不平顺百分数谱,计算分析不同列车运行速度和风速条件下列车运行的安全性指标。结果表明,对应于25%百分位数谱,列车脱轨系数和轮重减载率最低,接下来依次是50%百分位数谱、平均谱、70%百分位数谱和90%百分位数谱。其中在列车运行速度为300 km/h下,横风速度为25 m/s时,70%百分位数谱和90%百分位数谱对应的安全性系数超出安全限值,列车可能发生脱轨。因此在设计和检算强横风作用下高速列车运行安全性指标时,宜采用中国高速铁路无砟轨道70%百分位数谱和90%百分位数谱。     

强侧风对高速列车运行安全性影响研究

在列车空气动力学和系统动力学相结合的基础上完成了相关研究工作。论文首先在研究列车受侧向风力的气动力特性基础上,利用流体力学计算软件FLUENT进行数值计算,得到不同侧风风速和列车车速下作用于车体的侧风载荷值;接着,利用所建立的高速列车动力学模型,将得到的风载荷值作为外加载荷作用于列车,研究了侧向风速对直线运行列车运行安全性的影响特性;最后,参照高速列车运行安全性相关限定标准,提出不同侧风风速下高速列车的最高安全运行速度,为特殊风环境下我国时速200 km/h及以上动车组安全运行提供理论依据。     

横风定常空气动力作用下的铁道列车曲线行驶安全性分析

应用计算流体动力学仿真获得了高速列车在3种典型横风环境下车体所受定常气动力,然后运用车辆多体动力学分析软件,对高速列车在通过曲线过程中所受横风下具有定常特性的气动力作用对其行驶安全性的影响进行了研究,确定了典型大风环境下处于危险状态的车轮,并通过试验设计方法,得出气动力6分力中气动升力和侧滚力矩对高速列车行驶安全性的影响最大.     

高速列车外形及发展趋势

分析高速列车外形对其空气动力学现象的影响，介绍当前世界各国高速列车外形的发展趋势。指出必须寻求最佳列车外形以降低列车的空气阻力和能耗，提高列车运行速度，提高列车运行的安全性和舒适度。     

我国客运专线高速列车安全运行大风预警系统研究

研究目的:为了确保大风天气条件下高速铁路动车组安全运行,必须建立大风预警系统,制定运行管制规则及对策,从而达到安全、高效行车的目的.研究结论:我国铁路沿线大风类型主要有寒潮大风、短时雷雨大风和台风大风.防风预警系统必须根据大风类型和地形地貌的不同,分别建立不同类型短时风速预测模式,其地形因数k由流体模拟与实际监测结果的比值确定,并绘制大风天气条件下高速列车运行管制曲线图,从而为行车指挥控制系统提供较为合理的行车速度限制信息.运用该研究成果既可降低大风对客运专线高速列车安全行车的影响和危害程度,又可保证最大程度的行车效率.     

瞬时风速对高速列车安全运行的影响及其控制

研究目的:客运专线高速列车安全运行的风险值研究至关重要.通过对最大瞬时风速和大风盛行风向的研究分析,得出高速列车倾覆的风险值及线路与风向夹角,对客运专线高速列车安全运行构成一定影响, 为客运专线大风天气下列车安全运行技术标准的制定提供科学依据.研究结论:以最大瞬时风速2年一遇设计值确定高速列车安全运行风险度或车速限值:当V2_max>30.0 m/s时列车停运、30.0 m/s ≤V2_max≤20 m/s时列车限速、V2_max ≤15.0 m/s时列车正常运行.最大瞬时风速2年一遇设计风速为客运专线高速列车安全运行提供了一个具有安全性,又有风险度等级的直观评判指标.     

轨道不平顺激励下高速铁路桥上列车走行性研究

用车桥耦合动力学的理论,对长波不平顺和短波不平顺激励下桥上列车的走行性进行了研究。着重研究了横向不平顺激励下列车的轮轨力、脱轨系数和横向加速度的变化规律。并以列车的安全性和旅客的舒适性为标准,得出短波不平顺主要影响列车运行安全性,而长波不平顺主要影响列车运行舒适性的结论。     

新疆风区列车气动性能试验分析

针对新疆地区铁路大风环境下列车运行安全面临的实际问题,进行列车及防风设施空气动力学综合试验。试验积累的宝贵试验数据,为修改和完善《大风天气列车安全运行办法》,为实现在保障列车运行安全基础上的运输效能最大化提供科学依据。     

地震环境下高速列车最大安全运行速度分析

为研究地震环境对高速列车运行速度的影响,以某型动车组为研究对象,建立高速列车动力学模型。采用"金井清-田治见宏模型"对地震地面运动进行模拟,将模型中的地震动功率谱转换成位移功率谱,并求解出地震动的传递函数,将地震激励通过传递函数以位移的形式输入高速列车动力学模型中。以地震烈度7度为例,从脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等动力学性能指标对不同速度等级下的高速列车进行动力学分析,并得到一个高速列车最大安全运行速度的参考值。分析结果表明,在地震动作用下,高速列车运行速度的大小对其动力学性能有着不可忽视的影响,并且通过对比不同速度等级下高速列车的动力学性能指标,得出在地震烈度为7度时高速列车最大安全运行速度为50 km/h,对列车在突发地震时运行速度的调整具有一定的参考价值。     

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。     

风沙环境下不同线路类型对高速列车气动特性影响研究

西部风沙地区强风沙流对高速列车运行带来巨大安全隐患。高速列车的行驶线路一般分为平直地面、路堤及高架桥等,不同线路类型对高速列车气动特性的影响差异明显,尤其在强横风下,列车运行的流场特性更加复杂。为研究风沙环境下不同线路类型对高速列车横风气动特性的影响,采用数值模拟方法对列车运行速度250 km/h,横风风速分别为10,20,30,40,50 m/s,线路结构分别为平直地面、5 m路堤及10 m高架桥等不同工况下的列车气动性能进行仿真对比分析。计算结果表明：风沙环境下列车迎风侧正压区域及背风侧负压区域相比无沙环境均增大,其中,头车在平地工况下压力增幅最大,路堤及高架桥工况较小;风沙流中沙粒增加了列车的阻力,随着横风风速增大,头车阻力系数减小,尾车阻力系数增大,中间车阻力系数基本不变,列车侧向力系数均增大;在同一横风风速下,不同类型线路对头车的阻力系数和侧向力系数影响最大,其中,在路堤工况下列车稳定性较差,更容易发生侧翻危险。     

地震烈度对高速列车行车安全性影响分析

为研究地震烈度对高速列车行车安全性的影响,以某型动车组为研究对象,建立地震环境下高速列车系统动力学模型。采用金井清功率谱密度函数来模拟地震动,求解出不同地震烈度下的金井清谱参数,将地震激励以位移的形式输入到模型中。以速度为250km/h的高速列车为例,从脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力这3个动力学性能指标对不同地震烈度下的高速列车进行动力学分析。分析结果表明,地震烈度大小对高速列车行车安全性有着重要影响,地震烈度在Ⅵ度及以下时,对该型高速列车行车安全性影响很小,可忽略不计,当超过Ⅵ度时,该型高速列车各动力学指标均超过限制值,对该型高速列车行车安全构成很大威胁。     

中高速列车共线运行的仿真研究

以京沪高速为背景,对中高速列车共线运行仿真问题进行探讨。分别建立单列车运行模型和多列车共线运行模型。单列车运行模型全面考虑了列车物理特性、线路条件、列车受力情况以及运行控制过程。多列车模型在上述基础上,附加了共线运行不同速度列车间的相互影响,对列车间距控制和避让进行了重点考虑,研究多列车共线运行时的列车间距控制策略和避让策略。用VisualC 6 0进行了中高速列车共线运行的软件实现。仿真计算结果表明,该软件能较好模拟多列车共线运行情况,可作为列车调度系统中负责列车运行模拟的子系统。     

强风作用下列车过桥安全性评定标准探讨

基于轮轨滚动接触蠕滑理论和准定常抖振力,建立风-车-桥系统空间耦合振动分析模型并编制相应的计算程序。研究不同车速、不同风速下轻轨列车通过大跨度斜拉桥的走行性。结合列车走行特性,对列车各项安全性评定标准进行具体分析。研究表明将轮重减载率作为强风作用下列车运行安全性评定标准的是不合适的。建议将倾覆系数作为强风作用下列车运行安全性主要评定标准。     

CFD数值仿真在高速列车设计中的应用

高速列车的空气动力特性不仅关系到列车牵引效率,而且还影响旅客乘坐舒适性和列车运行安全性。本文介绍CFD数值仿真在高速列车设计中的应用:采用Airpak软件对列车空调通风系统进行数值仿真,采用Fluent软件对列车水箱中水的晃动问题、列车外流场以及二维流线型列车模型的远场气动噪声进行数值仿真。对空调通风系统的仿真结果与实验研究进行对比,计算与试验的良好一致性说明采用的CFD模型是可靠的;水箱晃动计算的压力波提供的水箱壁屈曲分析与实际情况基本吻合。     

两级模糊神经网络在高速列车ATO系统中的应用研究

列车自动驾驶系统(ATO)作为替代司机、实现铁路运输自动化的重要设备,受到国内外铁路科技工作者的广泛关注,它的性能关系到铁路运输系统的安全和效率。一种高效的高速列车控制方法可以很好地满足人们对高速铁路"安全、正点、舒适和快捷"的要求。由于模糊神经网络具有自动提取经验和进行推理的特点,在前人研究的基础上,本文用两级模糊神经网络对高速列车运行过程进行控制。参照当前列车运行速度、线路状况、列车编组、列车时刻表、距目标点距离以及目标点所允许的速度,前一子网模拟优秀司机的操纵可获得在当前状态下应采取的最佳列车运行工况,后一子网根据运行工况、线路状况、列车在线路上位置、列车编组、列车时刻表、距目标点距离和目标点允许速度,得到列车在该工况及当前条件下的运行速度。仿真实验结果表明该方法正确有效,达到了期望的效果。     

高速列车舒适度的评价

收集了国内外最新研究成果并结合广深线准高速客列车运行试验结果对高速列车舒适度进行评价，并对线路和车辆提高舒适度的方法进行了论述。     

突变风载作用下高速列车运行安全性分析

大风条件下高速列车通过部分防风设施过渡段时,车体往往会在横向突变风载作用下产生明显的瞬态横向振动和侧滚振动。实车线路试验发现:这种瞬态振动会经由车辆悬挂向下传递,可能引起轮轨力的变化,从而影响到高速列车的运行安全性。针对这一现象,结合实车试验和仿真计算,分析了高速列车在运行过程中遭遇横向突变风载情况下的动力学响应机理,在此基础上研究了运行安全性指标随车速和突变风载大小的变化规律。     

高速磁浮线路最大纵坡值研究

以上海高速磁浮示范运营线车辆为基础,结合高速磁浮列车技术特点及车辆特性,对列车运行阻力特性和牵引特性进行分析研究。从旅客乘坐舒适性、不显著降低列车运行速度及车站列车悬浮停止安全性角度出发,提出了区间正线及车站正线的最大纵坡建议值。研究结果表明,高速磁浮区间正线最大纵坡能够达到90‰,并且在这样的纵坡上列车仍能保持不低于200 km/h的运行速度;车站正线一般宜设置在平道上,困难情况下可设在不大于4‰的坡道上,以防止列车意外滑动。