侧向风作用下车-桥系统的气动特性——基于风洞试验的参数研究

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,基于研制的移动车辆模型风洞试验系统,针对轨道交通车辆和公路交通车辆,分别采用三车模型和单车模型,测试了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数,讨论了车速、风向角、车辆在桥上所处轨道位置以及车辆类型等因素对车辆和桥梁气动特性的影响.研究表明,随着车速的增大和合成风向角的减小,车辆阻力系数和升力系数存在增大的趋势,车速对单车模型气动力系数的影响更显著;车辆在桥上所处轨道位置不同对车辆、桥梁气动力系数的影响均较大,桥梁气动力系数对车速和合成风向角不敏感.     

顺向斜风作用下桥面运动车辆气动特性试验研究

顺向斜风对行车安全的影响不容忽略,为考查顺向斜风对运动车辆气动特性的影响,采用移动车辆模型风洞试验装置,针对缩尺比为1/20的车辆和桥梁模型,测试了顺向斜风作用下运动车辆的气动特性,讨论了风速、风向和风屏障等因素对移动车辆气动特性的影响. 结果表明:移动车辆的五分力系数在不同风速时吻合较好;侧向阻力系数、升力系数和点头力矩系数随着合成风偏角的增大而减小;风偏角较小时,风向角对车辆的升力系数有较明显的影响;风屏障使车辆的气动力系数接近0,且明显地改变了车辆气动力系数随风偏角的变化规律;设置风屏障后,车辆阻力系数的变化率受风偏角、车速和风速等条件的影响.      

横风作用下高速列车-桥梁系统气动特性风洞试验

为研究高速列车在运营过程中的气动特性, 分析其气动特性变化机理, 设计了2种高速列车-桥梁系统的气动特性风洞试验方案; 开发并建立了适用于在风洞中的高速列车-桥梁系统试验方法与系统; 试验系统分为运动系统与数采系统2个部分; 运动系统基于惯性驱动原理, 以高速伺服电机为驱动力, 通过高强度旋转传送带将缩尺比为1∶8~1∶30的移动车辆模型在风洞中以最高速度50 m·s^-1模拟真实运行环境中运行; 在运动系统的搭载下, 自主研发了一套数采系统, 并在风洞实验室中对有无横风作用下的列车进行了气动特性测试。分析结果表明: 试验方法与系统适用于加减速距离短、瞬时加速度大的试验场景, 且不受车辆外形与基础设施的限制, 可降低设计成本, 提高试验的安全与稳定性; 标准误差与平均值之比均不大于10%, 表明数采系统测试的车辆气动特性有较好的平稳性和可重复性, 能够精准得到列车在不同试验条件下的气动特性; 通过对比有无横风作用下的列车气动特性, 得到列车速度对车辆的气动特性影响极其重要; 列车高速移动时, 其因速度产生的气动影响远远大于横风, 且表面测点平均风压系数最大值可达-10, 反映了静态模型的试验方式不能够满足模拟列车高速运行时气动特性状态。     

桥塔遮风效应对风-车-桥耦合振动的影响

为考察横向风作用下桥塔附近风场突变对行车安全性和舒适性的影响,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对大跨度悬索桥桥塔区域桥面风场进行了仿真分析.通过组合节段模型风洞试验,测试了车辆沿不同位置的轨道运行时车辆、桥梁的气动力系数.基于不同位置轨道处的风场分布和测试的气动力系数,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS,对车辆沿不同位置轨道通过桥塔区域时的动力响应进行了对比分析.研究结果表明,桥塔附近桥面风场变化剧烈,存在局部加速效应;桥塔处风场突变效应对车辆横向响应的影响明显.     

作用在车—桥系统上风荷载的风洞试验研究

以芜湖长江大桥及高速列车为例,对车-桥系统进行了节段模型风洞试验研究。通过试验确定了桥上有车时,桥本身的气动力参数,以及列车在桥上时,列车本身的气动力参数,用计算机模拟了列车与桥梁所受的风荷载。所得的风荷载加到车-桥系统动力学方程中,可以计算风荷载对车-桥系统的动力作用     

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景, 通过车桥组合节段模型风洞试验, 测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数, 采用自主研发桥梁分析软件BANSYS, 分析了不同风速、车速、车载状态下的风-车-桥系统, 研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明: 当风速为25m.s^-1, 车速达到100km.h^-1时, 车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值, 且当车速达到120km.h^-1时, 车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值; 风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素; 车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大; 由于迎风侧车的遮风效应, 在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。     

车-桥耦合系统的动力特性分析

利用振型叠加法以及时变力学系统的求解方法，以简支梁桥为对象，开展了车-桥耦合系统的振动特性分析。通过数值计算，比较了移动力、移动质量、移动振动系统三类模型的计算结果，讨论了跨径和移动速度变化时对挠度冲击系数和弯矩冲击系数的影响。并根据Piotr给出的结果对本方法进行了验证。     

基于ARMAX代理模型的车-桥耦合系统可靠性研究

为探究车-桥耦合系统可靠性的效率和精度,建立列车-桥梁的耦合振动模型,并采用自回归方法模拟轨道不平顺. 回顾ARMAX （auto-regressive moving average exogenous）模型的基本原理,提出了基于ARMAX代理模型的车-桥耦合系统可靠性分析框架;利用代理模型获得列车响应预测值,并与直接蒙特卡罗模拟（monte carlo simulation,MCS）法结果进行对比,探讨了代理模型在分析行车安全时的计算精度和可靠性分析效率. 结果表明:代理模型预测列车竖向和横向加速度响应的效率显著高于MCS法,约为3个数量级;预测竖向、横向车体加速度的精度分别为98.66%、86.55%,求解精度较好,可显著提高车-桥耦合系统可靠性分析的效率.      

我国车-桥耦合振动的研究现状及发展趋势

自进入21世纪,我国公路与铁路交通在高速化与重载化得到了巨大的发展,而桥梁也朝着轻质、大跨迈进,车-桥结构的动力问题越来越突出,车-桥耦合振动的研究因此获得了许多的关注。在回顾了近20年中国在车桥耦合问题研究的基础上,总结了车-桥耦合振动研究的车辆模型、桥梁模型及数值计算方法,并针对关于地震荷载、风荷载、不平整度和共振等4个方面的车-桥耦合振动研究内容做了系统介绍。并对车-桥耦合需要进一步研究的问题进行了探讨,可对今后车-桥耦合问题的研究提供一定的参考。     

高速列车头部气动性能的模拟计算与试验

为了研究高速列车的头形对列车整车的气动性能有着重要的影响,对一节半车编组列车分别进行了空气动力学仿真分析和风洞试验．采用有限体积法对列车头部周围流场进行区域离散,进行气动性能仿真分析,得到高速列车头车的气动特性参数．在满足几何相似的基础上,对一节半编组的列车模型进行风洞试验,获取头部的气动参数,并从模拟仿真分析结果与风洞试验结果对比分析中验证,两种方法能够相互补充,相互印证,为高速列车头形的研究总结出有效的研究途径．     

高速列车头部气动性能的模拟计算与试验

为了研究高速列车的头形对列车整车的气动性能有着重要的影响,对一节半车编组列车分别进行了空气动力学仿真分析和风洞试验.采用有限体积法对列车头部周围流场进行区域离散,进行气动性能仿真分析,得到高速列车头车的气动特性参数.在满足几何相似的基础上,对一节半编组的列车模型进行风洞试验,获取头部的气动参数,并从模拟仿真分析结果与风洞试验结果对比分析中验证,两种方法能够相互补充,相互印证,为高速列车头形的研究总结出有效的研究途径.     

横风中高速列车以及桥梁的气动特性研究

运用通用的流体动力学软件FLUENT,利用二维定常不可压缩Navier-Stokes方程、SST湍流模型,采用有限体积法分析计算了车辆断面、32 m箱型简支梁桥断面以及两者组合体在15 m/s横风作用下受到的阻力、升力和倾覆力矩系数。数值分析结果表明,在横向风的作用下,发现车辆在简支梁桥上时,车辆受到的升力系数大于车辆单体的情况,倾覆力距系数明显小于车辆单体情况,而此时简支梁桥的升力系数明显小于简支梁桥单体情况。     

高墩大跨连续刚构桥气弹模型风洞试验研究

高墩大跨连续刚构桥在施工阶段的抗风能力较弱,以三水河特大桥为工程背景,通过最大悬臂施工状态气弹模型的风洞试验,对其抗风性能就行了研究。采用1：100的缩尺模型比进行最大悬臂施工状态的颤振及驰振试验,测定颤振、驰振临界风速,据此分析评估该桥的抗风性能。风洞试验结果表明,该桥具有较好的颤振、驰振稳定性。     

桥梁抗风设计、风洞试验及抗风措施

桥梁应具有抵抗风作用的能力,特别是大跨度桥梁,其柔性较大,设计时必须考虑颤振、抖振、涡激振动等空气动力问题,通过抗风设计、风洞试验、抗风措施来确定桥梁风荷载和抗风性能是大跨度柔性桥梁抗风研究的主要手段。     

锥度化方形截面高层建筑的气动力特性

用高频测力天平技术,对不同锥度比的方形截面高层建筑进行了风洞试验,分析了锥度比、湍流度和风向角对方形截面高层建筑基底弯（扭）矩系数、基底弯（扭）矩谱密度与基底弯（扭）矩间相关性的影响.试验结果表明:锥度化措施能减小方形截面高层建筑基底弯（扭）矩系数幅值25%以上,但不能改变基底气动力随风向角的变化规律;锥度化措施能减小所有折减频率范围内顺风向与扭转向基底弯矩谱,但只能减小低频区域横风向基底弯矩谱和谱峰高度,却增大旋涡脱落频率和高频区横风向基底弯矩谱;随来流湍流度增大,锥度化措施对风荷载的抑制效果减弱;折减频率在0.10到0.15时,锥度化措施能增大横风向基底弯矩与基底扭矩间的相关性.      

横向风作用下高速铁路车桥系统绕流特性分析

基于不可压缩二维雷诺平均N-S方程，采用RING（renormalization group）k-ε两方程湍流模型，对德国ICE（intercity-express）列车和标准简支梁组成的车桥系统在横向风作用下的二维绕流特性进行了分析．计算网格为由三角形非结构网格和四边形结构网格组成的混合网格，采用有限体积法对微分方程进行离散，应用SIMPLE算法解决压强-速度耦合关系．根据高速铁路桥梁带挡风墙的特点，引入空腔流动研究成果对车桥系统的绕流特性进行了理论分析．结果表明，高速铁路桥梁挡风墙的挡风机理在于充分运用了空腔流的旋涡特性．