大风对路堤上运行的客运列车气动性能的影响

为了提高强横风作用下客运列车运行的稳定性,基于三维非定常方程,采用动网格技术,对强横风作用下的青藏线客运列车在路堤上运行情况进行了模拟,分析车速、风速及路堤高度与气动力之间的关系,并将计算结果与风洞实验结果进行对比。研究结果表明:升力、侧向力和倾覆力矩实验结果与模拟结果吻合较好。在路堤高度小于20.00m时,气动力随路堤高度的增加而增大,当路堤高度大于20.00m时,气动力随路堤高度增大而减小;车速一定时,随着横风速度的增大,气动力和倾覆力矩迅速增大;横风风速一定时,列车运行速度从60km.h-1增大至120km.h-1,侧向力、升力及倾覆力矩变化不大。     

半堤半堑路况上横风下高速列车气动特性研究

为研究在半堤半堑过渡段上行驶的高速列车在横风下的气动特性,以3编组高速列车作为研究对象,结合SST k-ω两方湍流方程,采用流体仿真软件Fluent对行驶速度分别为250,300 km/h和350 km/h,横风风速分别为15,20,25 m/s下半堤半堑路况上高速列车的气动特性进行了仿真研究。研究结果表明,在相同风速与相同车速下,头车受到的侧向力和倾覆力矩最大,中间车受到的气动升力最大;随着车速与风速的增大,各列车的气动特性值均有不同程度的增大;风速对列车侧向力和倾覆力矩的影响大于车速的影响。     

横风下复线路堤高度对高速列车气动性能的影响

利用Creo软件建立了某型动车组头中尾3车编组和不同高度的路堤模型,通过Fluent软件模拟列车在车速分别为300和350 km·h-1,横风风速分别为17.10、20.70、24.40和28.40 m·s-1的环境下运行,将获取的高速列车气动力载荷施加到Simpack建立的动力学模型中,计算其动力学性能参数;深入分析了横风工况下高速列车在不同高度复线路堤背风侧运行时车体的压力分布、气流场结构、气动力与风致安全性,并重点探究了头车在不同运行速度和横风风速下的运行安全性。分析结果表明:在相同车速和横风环境下,随着路堤高度的增加,列车受到的侧向力整体呈增大趋势,尾车在横风作用下受到反向侧向力,头车所受侧向力最大,且升力持续增大,中间车所受升力相对较大,尾车所受阻力最大;横风环境下列车压力峰值点位于头车鼻尖处且向迎风侧偏移,各路堤高度工况下气流场结构基本相同,头车背风侧和底部转向架处有明显的涡流,但尾车处的涡流却在迎风侧,这可能是导致尾车反向侧向力的主因;脱轨系数、轮轴横向力、轮轨垂向力和轮重减载率均随路堤高度和横风风速的增大而增大,轮轨垂向力始终在安全限值内,当横风风速分别为24.40和28.40 m·s-1时,列车运行速度应分别低于350和300 km·h-1,以保证列车行车安全。      

运行车速预测新方法及其应用

为了在道路设计阶段预测车速,保证公路几何线形的协调性,建立了考虑侧向容许加速度、纵向加速度、制动减速度、制动热衰退和环境速度与线形参数关系的模型,计算了期望速度;建立了公路-驾驶者-车辆-环境仿真系统,对在三维路面上的行驶车辆进行仿真,得到并分析了试验道路的运行速度曲线.结果表明:(1)为有效控制速度波动,应取相近的曲线半径和直线长度,且直线不宜过长;(2)出弯道加速长度大于进弯道减速长度,且二者都大于回旋线长度;(3)山区路线由多个急弯构成时,速度曲线频繁波动的部分原因是车辆自身旋转动能和平动动能的相互转化;(4)运行速度协调性方法不适用于四级公路的线形评价;(5)偏角越小,轨迹对弯道的切角作用越大,弯道车速越高.     

双车道公路平曲线处车辆侧向位置预测方法研究

双车道公路平曲线处车辆冲出车道或驶入对向车道是引发交通事故的主要诱因之一,为寻求车辆在公路平曲线处行驶时的侧向位置预判方法,研究基于驾驶模拟实验,设计了不同半径和转向的双车道公路平曲线,获取了车辆在弯道中点处侧向位置和进入弯道前速度。以车辆入弯前速度和弯道半径及转向为自变量,构建了车辆在弯道中点处侧向位置的线性回归预测模型,平均预测精度达94.32%。研究为提前感知车辆在弯道处的安全风险提供了途径,有助于预防和减少弯道处车辆冲出车道或驶向对向车道而引发的交通事故。     

高速列车的稳定性

为了研究列车中各车辆在直线上和大半径圆曲线上的蛇行稳定性,建立了具有17个自由度的车辆系统非线性数学模型。模型中考虑了车钩力横向分力的作用,根据列车运行阻力确定各车辆(动车或拖车)的车钩力,其是列车速度和车辆在列车中位置的函数,列车编组共考虑了2M9T、3M8T和6M5T三种形式。应用牛顿一拉夫森达代法确定车辆系统的平衡位置,采用QR算法求解系统雅可比矩阵的特征值,并结合二分法搜索系统平衡位置失稳时的临界速度。通过计算得知,在直线上列车中各车辆的临界速度相差不大,但在曲线上有一定的差别,车辆在曲线上的临界速度要低于直线上的临界速度,曲线半径越小,其临界速度越低,因此进行曲线上的临界速度计算时,必须考虑车钩力的影响。     

基于ADAMS的汽车侧翻仿真分析

研究了汽车侧翻影响因素对其侧翻的影响程度,应用ADAMS/Car模块建立汽车侧翻的动力学模型,基于ADAMS的仿真原理,对影响汽车侧翻的因素:速度、弯道半径、路面附着系数和质心高度进行分析,获得了各因素对汽车侧翻影响的趋势.应用正交试验法,以轮胎横向荷载转移率的最大值作为侧翻风险的评价指标,对汽车侧翻因素的影响程度进行分析.研究表明所研究的四个主要因素的影响程度由大到小依次为弯道半径、车速、质心高度、数路面附着系数,为提高公路运输安全,提供了很有参考价值的理论数据.     

基于TruckSim仿真下弯道货车侧滑速度模型研究

对于现今弯道路段速度控制精确性不足,在TruckSim软件中全面考虑了某三轴货车的悬架动刚度特性、车身侧倾角度、轮胎非线性特性,建立了整车动力学、道路场景、驾驶策略及横向载荷转移率(PLTR)模型.通过不同弯道半径、重心高度和车速的交互式仿真实验,将仿真实验数据经三维曲面函数拟合,获得了不同附着系数下车辆转弯安全车速的侧滑数学模型,为弯道车速控制途径的产生提供了参考.研究结果表明:安全速度与重心高度、弯道半径呈现不同程度的相关性;归纳比较侧滑模型与弯道安全速度模型,可知弯道安全车速值偏于安全,并处在通用模型的安全理论值之间;考虑了纵坡对安全车速值的影响,发现在较大半径圆曲线上行驶偏于安全;建立弯道半径为300 m,重心高度为1.8 m的仿真工况,基于PLTR交互模型得出的安全车速值与该模型得到的安全车速值进行对比,计算误差从通用模型的18.4％降低到0.3％.     

瞬态风场下带风屏障的高架桥上高速列车气动特性

通过数值方法研究了中国帽型瞬态风中高速列车在带风屏障的高架桥上运行时的气动性能,并与恒定横风场下的情况进行了对比分析.结果表明,恒定侧风下高速列车头车周围的流场结构最为复杂,气动载荷变化最显著,而瞬态风作用下高速列车气动性能表现出一定时滞性,列车时速为300 km/h时,风速从13.8 m/s递增到23.46 m/s再递减至13.8 m/s过程中,列车所受到的气动力及气动力矩均发生显著波动,这与稳定横风下列车受到的恒定侧向力明显不同.当列车以时速200~400 km/h运行时,车速每增加50 km/h,列车运行的最大阻力增长9%~10%,其他气动力也随车速稳步增长,气动力矩的增大幅度则随车速的增长有显著加大趋势.     

大风区不同路堑结构中高速动车组的气动特性

建立长路堑路段高速动车组运行模型,通过数值模拟得到不同工况下动车组气动力,分析强横风环境下路堑结构对动车组气动特性的影响.研究表明:不同路堑结构中气动阻力均随风速和车速增大而增大,深路堑中动车组气动阻力约为浅路堑的2～2.5倍;在3 m深度的浅路堑结构中,动车组所受升力为正值,升力和横向力均随横风风速增大而增大;而在10 m深度的深路堑结构中,动车组所受升力为负值,升力随横风风速增大而增大,横向力随风速增大而减小;分析车速对气动力的影响:在浅路堑结构中,除阻力外,列车车速对其他气动力影响较小;在深路堑中,动车组气动力大小均随车速增大而增大,在相同风速条件下,当风速高于15 m/s时,车速每增大50 km/h,横向力和倾覆力矩增大约50%.     

桥隧过渡段高速列车行车抗风安全分析

列车由隧道驶上桥梁时会承受突变的风荷载，列车的响应发生突变，导致列车的行车安全受到威胁. 以某客运专线桥隧过渡段为研究背景，通过计算流体动力学 （CFD） 数值模拟和车桥耦合振动分析，计算了CRH3型列车通过桥隧过渡段时受到的气动力及车辆响应；对比分析了头车、中间车及尾车的气动力及列车响应，研究了大风攻角对列车气动力及行车响应的影响，探讨了最不利的安全指标. 研究结果表明:越靠近车头的车体，气动力突变与列车响应越大；相比0° 攻角，正风攻角对行车相对有利，+7° 的风攻角下列车受到的气动阻力和力矩减小了约10%；负风攻角会增大列车的气动力突变效应和行车响应，?7° 风攻角下列车受到的气动阻力和力矩增加了约10%；风速在22.5 m/s以下时，CRH3列车能够以200 km/h的车速安全通过桥隧过渡段；20 m/s风速时，车速在325 km/h以下时列车能够安全通过桥隧过渡段；随着车速与风速的增加，轮轴横向力是首先超限的安全性指标.      

侧风下高速列车车体与轮对的运行姿态

应用流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型,计算了作用于高速列车车体上的气动力和气动力矩;应用多体动力学理论,建立了车辆系统动力学模型,分析了在不同风向角、侧偏角与合成风速下高速列车头车车体和轮对的运行姿态。计算结果表明:在不同侧风环境下,头车车体始终向背风侧横摆和侧滚;当风向角为90°时,车体的横向位移和侧滚角最大;当列车车速为350 km.h-1,侧风风速分别为13.8、32.6 m.s-1时,列车头车车体最大横向位移分别为74.2、171.7 mm,最大侧滚角分别为3.1°和8.4°;当列车车速为200 km.h-1,风速不小于32.6 m.s-1,且风向角为90°时,列车头车一、二位轮对均向背风侧横移,背风侧车轮易发生爬轨现象,三、四位轮对均向迎风侧横移,三位轮对迎风侧车轮易发生爬轨现象;四位轮对的横移量和摇头角均小于前三位轮对,相对安全。     

编队飞行中基于危险区域的后机最优位置研究

编队飞行是实现民航绿色发展的重要措施之一。在前机尾涡危险区域分析的基础上，科学确定后机最优位置是编队飞行的关键。首先，以随机两阶段尾涡消散模型为基础，利用Hallock-Burnham涡模型和诱导滚转力矩系数模型分析后机诱导滚转力矩系数的演变规律。然后，基于设定的安全阈值，给出前机尾涡危险区域，并考虑飞行高度、速度和风对危险区域的影响。最后，基于后机不同位置处的燃油流量减少率，得出编队飞行中后机最优位置。研究结果表明：后机诱导滚转力矩系数随着前、后机之间横向距离的增加，呈先增后减再增的趋势；随纵向距离的增加，呈先缓慢减小后快速减小的趋势；高度越高、速度越小，诱导滚转力矩系数的峰值越高。飞行高度越高、速度越小，前机初始尾涡的危险区域越大；随着纵向距离的增加，危险区域不断减小，并随涡核的下沉不断下降。侧风使危险区域发生偏离，侧风越大，偏离程度越大。顺风会增加危险区域的纵向距离，顶风则与之相反。两架B737-800飞机在12000 m高度以0.78马赫数进行编队飞行时，前、后机纵向距离3000m处，无风情况下后机最优位置为横向距离30 m 或-30 m、垂直距离29 m，此时燃油流量减少率为7.01%。相较于无风，左侧风20 m·s -1 下，燃油流量减少率和垂直距离不变，横向距离增加；顺风20 m·s -1 下，燃油流量减少率增加，横向距离不变，垂直距离减少；顶风20 m·s -1 下，燃油流量减少率减小，横向距离不变，垂直距离增加。     

多连键图法在车辆系统动力学中的应用

本文用多连健图技术来模拟一铁道车辆系统,该系统具有17个自由度。 通过编写子程序将非线性的轮轨相互作用力定义为子模型,与系统的键 图模型相连接。最后,本文村车辆以恒速在圆曲线执道上运行的动力学 特性进行了简单的分析计算。      

基于DEA的铁路桥梁风屏障防风效果评价

为评价风屏障的防风效果,针对铁路桥梁设置不同高度的风屏障,通过风洞试验测试了单车以及双车交会时的气动力系数.在此基础上,提出用单车的气动力系数衡量车辆风荷载突变效应,以不同轨道位置车辆的风荷载突变量作为评价指标,并采用DEA(数据包络分析)方法评价风屏障的防风效果.研究结果表明:用DEA方法评价铁路桥梁风屏障的防风效果是可行的;当风屏障高度为1.72 m时,防风效果较好.     

格库铁路HDPE板栅栏有效防护距离

以格库铁路现场风沙试验段为研究对象, 运用数值模拟方法研究了HDPE板栅栏周围的风沙流场, 给出了不同初始风速下HDPE板栅栏有效防护距离与其孔隙率和高度的关系, 研究结果表明: 气流经过HDPE板栅栏时, 气流速度在栅栏前降低较快, 在栅栏后恢复较快, 经过一段距离后逐渐恢复到初始风速, 气流速度整体呈V形分布, 气流速度增减幅度随HDPE板栅栏孔隙率的增大逐渐减小; 在同一孔隙率下, 初始风速分别为6、24 m·s-1时, HDPE板栅栏背风侧回流区相差4.5倍HDPE板栅栏的高度; 孔隙率为60%时, 最小气流速度为8.9 m·s-1, HDPE板栅栏背风侧回流消失; 随着HDPE板孔隙率的增大, 最小气流速度逐渐增大; HDPE板栅栏的孔隙率存在不产生栅栏背风侧回流区的界限孔隙率, 为40%~60%;孔隙率小于50%时, 随着HDPE板孔隙率的增大, 有效防护距离逐渐增大, 孔隙率大于50%时, 随着HDPE板孔隙率的增大, 有效防护距离逐渐减小, 当孔隙率趋于100%时, 其有效防护距离趋于0, 因此, HDPE板栅栏的最优孔隙率为50%;随着高度的增加, HDPE板栅栏背风侧恢复到初始风速的距离增加, 同一风速下, 孔隙率为50%的HDPE板栅栏的有效防护距离是孔隙率为25%的HDPE板栅栏的1.35倍; 在现场布设HDPE板栅栏时建议使用40%~50%孔隙率的栅栏, 在经济条件允许的情况下可考虑适当增加栅栏高度, 以保证路基免受风沙侵蚀。      

声屏障结构的列车脉动风致振动分析

在考虑桩-土-结构共同作用的基础上,用ANSYS软件对插板式声屏障结构的脉动风致振动响应进行了数值计算,分析了列车车型、运行速度、声屏障结构高度和长度对结构动力特性的影响,为高速铁路声屏障结构的设计提供了合理参数.结果表明:CRH2型列车比CRH3型列车通过时声屏障结构垂直构件的位移增大18.6%,弯矩增大8.5%;垂直构件的位移、弯矩随列车运行速度和结构高度增大呈非线性关系明显增大;随声屏障结构长度增大,垂直构件的位移和弯矩增大,但长度超过120 m以后减小,并逐渐趋于稳定值.     

线路纵断面化简对列车牵引质量的影响分析

列车牵引计算规程要求计算列车牵引质量时,计算和检算牵引质量的线路纵坡要求不得简化。论文从列车牵引质量计算和检算要求出发,根据线路纵断面的实例,分析了较短限坡下的列车受力问题,给出了列车跨越不同坡段时附加阻力的计算方法。根据这一方法,对比计算了不同方法中列车牵引质量的计算差异,最后给出列车牵引质量计算时有条件化简线路纵断面的建议。     

小半径弯梁桥的设计要点

由于弯梁桥的挠曲变形比一般相同跨径的直线桥大,且受弯矩及扭矩的共同作用、内梁和外梁受力不均等诸多问题困扰,使弯梁桥的设计存在一定难度。结合新疆某实际工程,从弯梁桥的跨径布置、截面选择、支承方式等方面,对小半径弯梁桥的设计要点进行了归纳,认为曲线梁桥采用整体性好、抗扭刚度大的就地浇注的连续箱梁比较好,最好采用普通钢筋混凝土结构,弯梁应在腹板侧面布置较多受力钢筋,除布设抗剪钢筋外,还要配置较多的抗扭箍筋。