快速地铁列车过隧道压力变化特性实车试验研究

为研究快速地铁列车在隧道内运行时的“列车-隧道”耦合空气动力特性,在杭海城际铁路开展实车试验,分别对列车以100 km/h与120 km/h的速度通过隧道时的车内外压力变化情况进行研究,计算压力峰-峰值、3 s压力变化幅值与1.7 s压力变化幅值,对比列车进隧道与出隧道过程中车内外压力变化情况,分析不同车辆编组位置与不同列车运行速度对车内外压力变化的影响,研究空调机组状态与车内压力变化幅值之间的关系。研究结果表明,快速地铁列车进出隧道过程中压力变化幅值相近;列车进入隧道并在隧道内运行时,尾车车内压力变化速率最快,车外压力峰-峰值从头车向尾车逐渐减小,而车内压力峰-峰值沿车长方向基本不变;当列车速度不同时,车内外压力对比应在无量纲时间下进行,随着列车速度的增大,车内外压力峰-峰值增大,压力变化速率加快;关闭空调机组可以显著减小车内压力变化速率,可为乘客舒适性研究提供参考。     

帽型、点焊薄壁柱壳轴向挤压性能分析

在M D White和N Jones等人的研究基础上,充分考虑柱壳被挤压变形时塑性铰吸能,将其求解过程中的离散单元的数目由18个增至19个,进而使吸能和平均压塌力控制方程更接近试验实际情况。给出柱壳被挤压时平均压塌力的理论计算算例,并用LS DYNA软件对建立的帽型、点焊薄壁柱壳轴向挤压过程力学模型进行了数值模拟。计算结果显示,该结构撞击变形过程相对稳定,与修正的吸能和平均压塌力控制方程计算结果很接近;与M D White和N Jones等人的试验结果进行对比分析,证实帽型、点焊薄壁柱壳具有良好的能量吸收性能。     

基于ANSYS的耐冲击性客车车体模态分析

介绍了基于ANSYS软件的模态分析方法，并对耐冲击性客车进行了详细地模态分析，确定了相对合理的结构，为高速铁路客车的合理设计提供参考依据。     

环境风对路堤上快运集装箱平车气动力性能影响

基于三维、定常、不可压Navier-Stokes方程和k-epsilon双方程湍流模型,采用FLUENT流场计算软件对环境风作用下铁路快运集装箱专用平车(简称集装箱平车)所受气动力进行数值模拟计算。分析列车在铁路路堤上运行时车速和风速对车辆气动性能的影响,得出车辆气动力与车速、风速之间的变化关系。研究结果表明,在环境风作用下,10 m路堤上运行的集装箱平车:1)迎风面处于较大的正压区内,背风面处于负压区内,集装箱平车的背风面、顶部以及底架附近,均有漩涡产生;2)风速为32 m/s、风向角为90°时,车辆所受横向力、升力和倾覆力矩均随着车速的增大而增大;3)车速为160 km/h、风向角为90°时,车辆所受横向力、升力和倾覆力矩随风速的增大而增大;其中倾覆力矩近似与风速的1.6次方成正比。     

列车气动试验数据可视化系统

根据列车气动试验数据处理对可视化的特殊要求,研究了试验数据可视化方法及系统实现,采用数据场网格划分和基于等参变换的区域映射插值相结合的插值方法,改进了扫描线算法,采用面向对象的软件工程思想编制了试验数据可视化系统。应用实例表明该系统能快速、形象、方便地处理试验数据。     

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。     

列车交会压力波与运行速度的关系

随着列车速度的提高,列车交会时产生的瞬态压力冲击对行车安全、旅客舒适性均产生严重影响。根据多次实车试验结果和理论分析,将列车交会分为列车静止交会、等速交会和不等速交会3种工况,研究了3种工况的列车交会压力波与运行速度之间的关系,得到一系列回归关系式。研究结果表明:静止列车上的压力波与交会列车运行速度的平方成正比;两列车等速交会时,列车上的压力波幅值与两交会列车的运行速度和相对速度的平方成正比;两列车不等速交会时,高速列车承受的压力波幅值小于与之交会的低速列车所承受的压力波幅值;两列车等速交会时的压力波大于一方列车静止时交会的压力波。     

不同外形列车过隧道实车试验的比较分析

随着列车运行速度的提高，隧道空气动力学问题越来越突出。2005年5月在遂渝线进行了高速列车过隧道试验，对列车和隧道内空气压力变化、隧道内列车风和隧道口微气压波等参数进行了测试。结果表明：隧道内列车风风速与列车运行速度成线性关系，并且与车头和车尾的外形、列车长度、隧道截面面积及其长度等因素有很大关系；隧道壁面压力近似与列车运行速度的平方成正比；同等速度条件下，钝头型的25T提速客车引起的隧道壁面压力变化幅值比流线型动车组的大38．6％；由于双层集装箱列车较高且集装箱间的间距较大，致使同等速度下引起的隧道壁面压力变化最大；隧道入口的压力变化明显大于隧道出口的压力变化，在隧道口附近，三维效应非常明显，且每种车型均不同。因此，将列车和隧道耦合起来设计出合理的隧道和列车截面形状，是减小隧道空气动力学效应的有效途径。     

兰新线强横风对车辆倾覆稳定性的影响

兰新线百里风区内经常发生车辆脱轨、倾覆等事故,本文根据动力学力矩平衡原理研究了列车最高安全运行速度与环境风风速之间的关系,并分析了各种因素对车辆运行稳定性的影响,对于预防事故,确保季风区行车安全具有重要的意义。计算结果表明:空车比重车的临界倾覆风速低,货车的临界倾覆风速比客车低,空棚车的临界倾覆风速最低。     

动车组车轮流场数值模拟分析

基于Realizable k-epsilon的分离涡湍流模型,研究在固定地面、滑移地面和轮转兼滑移地面3种情况下,动车组车轮气动性能,对比分析这3种边界条件对车轮数值模拟的影响。研究结果表明：与固定地面情况相比,计算得到的列车总阻力在滑移地面兼车轮转条件下增加了约29.3%,滑移地面条件下增加了约2.76%;轮转兼滑移地面情况下得到的气动升力与力矩绝对值均大于其他2种情况下的;滑移地面和固定地面条件下,车轮周围流场结构相似,尾涡主要从车轮两侧分离并向后发展、脱落,2种情况下车轮表面和后部区域压力分布规律相似;轮转边界条件下,车轮旋转带动车轮后部气流上扬,流速加快,该条件下车轮周围涡量主要从顶部分离并向后发展,影响了车轮表面和后部区域压力分布。