列车气动试验数据可视化方法的研究

简述列车气动试验数据可视化的必要性,介绍标量场、矢量场这两类实验数据可视化算法,着重讨论基于流线型列车外形的曲面域散乱数据场可视化方法。采用四边形网格划分算法将散乱数据场网格化,应用坐标转换法将曲面域转换为平面域进行插值计算,在计算坐标系中等距扫描插值再映射到实际坐标系中对应点,克服了在实际坐标系中等距扫描插值算法是否收敛等缺陷。据此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。用C 语言描述了程序中类的定义,给出可视化系统的应用实例。     

高速列车多学科仿真集成可视化平台研究

本文在对高速列车三维CAD模型进行结构、流场、噪声等多学科仿真分析的基础上,通过有限元分析软件与可视化软件间的数据接口开发,研究高速列车CAD模型与有限元模型的网格简化方法及异构有限元模型之间的网格融合技术,实现高速列车多学科仿真分析结果在同一可视化平台上的集成.     

列车气动试验数据的知识化研究

采用基于专家库逻辑推理的试验数据知识提取方法来发现和挖掘试验数据。构建基于规则表示的特征关联专家库,建立列车气动试验数据知识化提取系统模型,采用面向对象的程序设计思想初步实现了这一系统,在试验数据处理的实践中逐步实现"试验数据可视化 知识提取 试验报告"的信息智能反馈。     

高速空调列车内气流组织的大涡模拟

高速空调列车车厢内气流的温度场和速度场研究是空调列车内气流组织设计的重要基础,也是空调车内舒适环境评价的依据.考虑到高速列车车厢内复杂的几何结构、数值模拟的边界条件以及空气流场的湍流特性,本文采用湍流大涡模拟方法对高速列车车厢内空气流动与热质传递过程建立了数学模型,采用有限容积法进行区域离散,应用均匀六面体网格划分车厢,并在同位网格的基础上采用SIMPLEX算法,考虑车内座椅、行李架等障碍物以及车体各壁面辐射、车窗热流、乘客散热和高速列车运行特性等因素的影响,对高速列车车厢内空气流场和温度场进行数值模拟.其结果对高速列车的空调效果及车内舒适环境的优化提供了依据.     

时速120公里地铁列车气动噪声数值仿真分析

列车噪声影响车内乘客舒适性,其产生原理复杂,在一定程度上影响着轨道交通车辆的发展,开展列车噪声研究意义重大。文章采用数值仿真方法,以3辆车编组、带转向架、无受电弓的1:8缩比列车模型为基础,运用软件ICEM的拓扑优化、多层网格加密技术、附面层网格技术与网格拉伸技术开展精细化四面体/三棱柱网格划分,构建列车明线运行环境下的计算域网格。通过建立地铁列车气动噪声仿真模型,研究了80 km/h、120 km/h和130 km/h不同工况下列车明线运行的气动声学特性;分析了不同速度下地铁列车流场脉动性能、气动噪声源性能和远场辐射噪声性能,研究列车外部流场情况及其声学规律。仿真结果表明,随着列车运行速度增加,列车车体表面的声功率级逐渐增加,声源能量和声压级也随之增大。对时速120公里地铁列车气动噪声特性的研究可为地铁车型气动声学优化设计提供参考。     

高速列车湍流流场数值仿真计算探讨

以可压缩粘性流体的N-S方程和k-ε双方程湍流模型为基础，对流场网格的划分进行了研究，利用STARCD软件对干线客运列车进行了气动分析并进行比较，为今后进一步优化高速列车外形提供了可供参照的研究方法和工具。     

外置转向架包覆对高速列车气动阻力影响

转向架作为高速列车大面积裸露在外且外形复杂的运行部件受到列车底部气流的直接作用,区域气动外形结构对高速列车整车气动阻力具有重要影响。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了轴箱外置式转向架不同包覆方式对高速列车气动性能的影响。研究了转向架区域安装小裙板、半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板等5种方案下的高速列车气动性能,比较了不同方案下高速列车气动阻力的变化规律,阐明了高速转向架包覆方式对整车气动阻力、车底流动特性以及列车表面压力分布的影响。研究结果表明：随着转向架裙板包覆面积的增加,转向架腔后端板受到的气流冲击逐渐减弱,后端板上的正压分布降低,列车转向架区域周围的边界层厚度逐渐减小,转向架区域内的压力分布差异性逐渐减小,从而实现了列车整车气动阻力系数的降低。与小裙板模型相比,半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板模型的列车气动阻力系数分别降低了5.2%、8.65%、10.3%、11.1%。对于轴箱外置式转向架来说,全包裙板+大底板方案可有效改善转向架区域流场,降低整车气动阻力。研究得到的转向架包覆方式将为新一代高速列车气动...     

桥下高速行驶列车对桥梁主梁位置风环境的影响研究

高速列车行驶时对周围的压力场和速度场产生强烈的变化,激烈的空气动力效应对周围环境产生一定作用,从而影响周围建筑和结构的抗风安全性。由于采用风洞试验测试手段研究此类问题在技术上尚存在难以克服的困难,因此,以计算流体力学Fluent软件为仿真平台,采用"动网格"技术,编写UDF列车行驶路线程序,对无侧风、微小侧风以及桥梁设计侧风速作用下高速列车以不同列车速度通过桥底的数值模拟,并对行车路线方向的桥梁主梁断面进行布点监测,给出高速列车通过桥底区域时的速度和压力空间分布规律,计算各侧风速、不同列车速度情况下列车风对桥梁主梁局部位置的冲击载荷,从而研究各工况下列车风对桥梁主梁的气动作用,为桥梁设计单位提供具有参考价值的结论和建议。     

基于延迟脱体涡算法高速列车通过隧道时的绕流特性

基于延迟脱体涡算法和滑移网格技术,建立CRH380A型列车的含有转向架的三维可压缩瞬态仿真模型,模拟研究高速列车气动力、速度场和表面压力这3大绕流特性的变化规律。结果表明:延迟脱体涡算法能较好地捕捉列车通过隧道时的气动特性;当列车头部刚驶入隧道时,气动阻力迅速升高并在车头完全进入隧道时达到最大值,列车下方2侧的速度纵向分量会急剧增加,位于靠近设备舱位置的速度纵向分量会显著降低;当尾车刚驶入隧道时,隧道内壁与列车侧面之间的流场会出现回流区;当尾车全部刚驶入隧道时,气动升力和侧向力骤然增加;当列车全部驶入隧道后,气动力的波动幅值均明显升高;列车通过隧道过程中,列车侧面压力整体上呈现先增后减、最后维持周期性波动的趋势,处于尾流区的车尾部位具有更强烈的波动特征;列车裙板和车底的表面压力整体上均呈先减后增、最后维持在较高幅值波动的趋势,对列车相关结构的疲劳强度产生不利影响。     

横向紊流风作用下桁架梁上列车气动特性的试验研究

在风洞试验室建立2种大气紊流场,并以某钢桁梁和1列高速列车为例建立1∶29.7的车桥节段模型,进行横向紊流风作用下桁架梁上列车气动特性的试验。采用同步测压法得到静止列车上的气动力分布,研究列车在不同位置、不同风攻角以及不同紊流场下的侧向力系数和气动导纳函数。结果表明:两车交汇时位于迎风侧列车的侧向力系数最大,列车单车位于背风侧时的侧向力系数相对最小,在-3°风攻角时的列车侧向力系数比+3°风攻角时大,紊流场对列车的侧向力系数有一定的影响,高紊流场中的列车侧向力系数相对更大;列车位于迎风侧(单车迎风侧和双车迎风侧)时,其侧向力气动导纳相对较小,而升力气动导纳相对较大;当折减频率小于0.1时,列车侧向力气动导纳在+3°风攻角时最大,升力气动导纳在-3°风攻角时最大;紊流积分尺度越大,列车气动导纳相对越大。在对试验影响因素总结的基础上,提出列车侧向力和升力的气动导纳函数拟合公式。     

采用声学比拟法计算高速列车气动噪声的研究

在高速列车研制和运行中,气动噪声控制是必须考虑的关键问题之一.介绍气动声学发展的概况,提出高速列车气动噪声数值计算的方法,通过在空间流场采用LES方法求解,在近壁区采用低雷诺数两方程湍流模型的DES方法,可以得到随时间变化的脉动压力场,采用莱特希尔气动声学比拟理论把声学信息从流场中提取出来.通过与文献提供的类后视镜凸起物的噪声结果比较,验证方法的有效性.运用该方法对某型高速列车开展气动噪卢计算,得到列车在运行中声压级,可以为进一步研究列车气动噪声提供技术支持.     

动车组设备舱内流场计算分析

为清晰掌握动车组在极端温度和恶劣风环境下设备舱内沙尘的流向情况,采用列车空气动力学的数值计算方法,对不同恶劣风环境和高温条件下动车组设备舱内流场进行研究。通过对动车组设备舱内压力场和速度场流向的分析比较,获取了动车组在不同车速和不同风速下,其设备舱内流场变化情况,以及底部开孔对设备舱内流场的影响。     

地铁列车车头外流场的数值仿真分析

随着地铁列车的速度不断提高,其空气动力性能也显得越来越重要。提出并建立地铁列车车头外流场计算模型,运用列车空气动力学原理并借助流体分析软件CFX对计算模型进行了仿真计算。根据计算结果,分析比较了各模型的外流场、压力场的分布,得出具有良好气动性能的车头外形设计参数,可供地铁列车外形设计作参考。     

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.     

不规则三角网数模的快速搜索与定位

三角数模具有精度高的优点，但一般内插速度慢,缺乏有效的建网管理方法．本文 在独特建网方法的基础上，提出了一种三角形快速定位的方法，即对三角网用网格进行管理．并以西安至延安中一段线路进行试验，同时将内插结果与RACAD的离散点数模进行了比较，得出三角网数模内插精度高的结论     

基于面向对象的实验数据可视化研究

以风洞表面测压实验为例，给出车体表面上任意点的压力值的计算方法，并利用面向对象方法编制的可视化程序将实验结果形象地再现，便于实验人员分析，为实验数据可视化提供简便有效的途径。     

缓冲结构对列车突入隧道时的瞬变压力的影响

列车突入隧道时 ,会产生一系列气动效应。引起车厢内部压力变化 ,降低列车乘坐的舒适度。同时 ,还会在隧道出口形成噪声污染 ,在隧道口修筑缓冲结构是解决这一问题的有效措施。本文通过实验 ,对瞬变压力以及压力变化率与列车车速之间的关系进行了研究 ,并对缓冲结构的长度与降低瞬变压力的效果进行了分析比较 ,确定了相对最优的缓冲结构长度。     

基于声发射检测的钢轨断裂实时监测及定位方法研究

基于钢轨断裂实时监测技术对有效保障列车运行安全的重要性,以铁路常用的60 kg轨道为研究对象,以声发射检测技术为基础,经试验分析轨道断裂的声发射信号特征,有效区分列车运行引入的声发射信号。搭建监测系统,通过断轨检测模拟试验,验证该方法的有效性和准确性,并通过TDOA算法实现对断裂的定位。研究结果表明:轨道断裂会产生明显的声发射信号,且断裂声发射信号特征主频在100~160 kHz,声压幅值高,且在时域上存在明显的突发性;其特征与列车运行特征存在明显区别,可有效实现实时断轨监测;利用TDOA方法实现轨道断裂位置的确定,定位精度优于±20cm。研究结果为轨道断轨检测提供了有效的参考依据,对轨道交通运行安全的技术发展具有十分重要的意义。