风沙流对列车车窗玻璃破坏能力的试验测试

基于新疆铁路风区是全世界铁路内陆大风风速最高、风灾最严重的地区之一,加之以铁路沿线沙粒粗大的砾漠地貌,形成的风沙流使车窗玻璃破损情况严重,是影响列车大风期间行车安全的重要问题之一,通过试验手段将风载荷和沙粒冲击单独作用到车窗玻璃上,最后将这2种载荷耦合加载,对造成列车车窗玻璃破碎的主要原因进行试验分析。研究结果表明:车窗玻璃能承受的瞬态风压和稳态风压分别为69.38 kPa和29.50 kPa,各粒径等级沙粒能够击碎车窗玻璃的速度与粒径呈幂函数关系,幂约为-0.71;当风沙耦合作用时,车窗玻璃所承受的4 kPa环境风压使沙粒击碎玻璃的速度减小6%~7%,最终确定致使车窗玻璃破碎的主要原因是沙粒冲击而非风压载荷,且在风区恶劣风环境下,危险的粒径范围为5~6 mm。本研究对制定有效的风沙防护改进措施、形成保障车窗玻璃安全的行车指挥方案具有一定意义。     

400 km/h高速列车转向架底板的阻力影响数值模拟研究

采用数值仿真方法研究明线运行400 km/h高速列车转向架底板包覆结构的气动阻力影响规律,揭示不同包覆形式及安装高度、缝隙间距这两类关键构型参数的阻力影响特性及流动结构的作用特征。研究结果表明：全封一体式及分体式底板包覆方案对整体均有明显的减阻效果,最优减阻率达9.76%,以头车转向架区域为主要减阻部件,但中间车阻力有所增加,且头车包覆越完整,中间车阻力增加越明显;在不同安装高度下,底板减阻效果呈非单调变化,头车底板适当下移有利于提高整车减阻效果,其原因主要是降低了中间车的转向架阻力;当底板缝隙间距维持在一定范围内时,整车减阻效果变化不大,继续增大缝隙会导致减阻效果变差,因为过大的缝隙将显著增强气流对转向架及舱体的冲击,导致整车减阻效果降低。     

高速列车车体气动载荷疲劳强度试验装置研究

研制车体交变气动载荷试验装置,利用该装置对新造车体进行疲劳强度试验,讨论车体交变气动载荷疲劳试验加载方法、压力、压力波形与周期、加载次数等参数,并完成车体交变气动载荷疲劳试验装置方案及数据采集系统方案设计;将合武铁路现场测得的CRH2型动车组以250 km/h速度过隧道时车内外压力差曲线与该试验装置测得的压力曲线进行比较。研究结果表明:车内外压力差曲线与该试验装置测得的压力曲线基本吻合,该试验装置可真实模拟列车高速通过隧道时车体承受的交变气动载荷,为研究新造高速列车车体在交变气动载荷作用下的疲劳强度特性提供了重要的试验手段,建议我国新造车体按其实际运行过程中承受的交变气动载荷加载进行疲劳强度试验。     

强侧风作用下客车车体气动外形优化

采用三维、不可压N-S方程和k-ε双方程湍流模型,利用有限体积法分别对不同截面形状车体在不同风速、不同风向角以及不同车速工况下的气动性能进行模拟.研究结果表明:在不同横风风速下,车体气动力均随着横风风速的增大而增大,而气动力系数基本保持不变;在不同风向角下,车体气动力随着风向角的增加而增大;当风向角增加到75°时,气动力增长率变小,气动力系数也是随风向角的增加而增大;在不同车速下,车体的气动力随车速的增大变化不大,但气动力系数随车速的增大反而减小.     

风区车站停留车辆纵向气动力研究

为了确定风区站停车辆的手制动车辆数,避免车辆溜逸事故的发生,利用风洞和三维数值计算方法对风速、风向角、防风设施、编组不同的车辆纵向气动力进行分析.研究结果表明:车辆所受纵向气动力与风速的平方成正比;当风向角为30°左右时,车辆所受到的纵向气动力最大;不同车辆编组时,头、中、尾车的纵向气动力均比较接近,最大相对误差为4.7％,可减少中间车编组数,提高计算效率;有挡风墙时车辆所受的纵向气动力小于无挡风墙车辆所受的纵向气动力,砼板式挡风墙的防护效果比土堤式挡风墙的优;风洞试验结果与数值计算结果基本相同;风区车站停留车辆纵向气动力研究为车辆防溜分析、车辆手制动数的确定提供了车辆纵向气动力计算载荷.     

兰州-新疆线强侧风作用下车辆的气动特性

对试验列车上、下行通过“猛进东”测风点时的车体表面压力分布情况进行分析,采用分块积分法得出试验列车上、下行通过“猛进东”测风点的气动力。利用流场计算软件FLUENT对列车在大风作用下通过“猛进东”时的情况进行数值模拟计算,并与实车试验结果进行对比分析。结果表明：车体迎风面及背风面表面压力分布规律基本一致,验证了数值模拟计算模型的准确性;车辆受到的气动力中除升力的实验值与模拟结果相差较大外,主要导致车辆倾覆的横向力和倾覆力矩的实验值与模拟结果相差较小,满足工程应用要求。     

基于线路监测点风速的高速列车运行安全研究

为更真实地分析大风对列车运行安全的影响,建立列车空气动力学及其对应的系统动力学模型。基于目前高速铁路线路大风监测点风速研究路堤上高速列车的强横风运行安全性。首先针对不同高度的路堤,研究远场气象风速与高速铁路大风监测点风速之间的关系;然后,以大风监测点风速为参考风速,分析不同高度路堤上的高速列车气动载荷系数随侧偏角及路堤高度的变化规律;最后,将气动载荷作为外界载荷施加在系统动力学模型上,分析高速列车在不同高度路堤上的动力学指标变化情况,得到高速列车在不同路况条件下的运行安全域。研究结果表明:线路大风监测点风速近似与远方来流风速成正比,且比例系数随路堤高度增加而增大;当采用线路上大风监测点风速作为参考风速时,高速列车的气动载荷系数和运行安全指标均与路堤高度基本无关,避免了传统方法中采用远场风速作为参考风速而需计算大量不同路堤高度的情况。     

缓冲结构对隧道口微气压波的影响

为有效缓解微气压波对隧道周围环境的影响,设置合理的缓冲结构,采用数值模拟计算和动模型模拟实验相结合的方法,对列车通过隧道引发的压力变化、微气压波和不同形式的缓冲结构进行研究.研究结果表明:对任一类型缓冲结构,其结构长度和入口断面积之间均存在固定的最佳匹配关系,即对断面扩大无开口型缓冲结构,当缓冲结构长度分别为1.0D,2.0D和3.0D(D为隧道等效直径)时,对应的最佳入口断面积分别为1.8S,1.9S和1.8S(S为隧道断面面积),微气压波幅值分别减小46.7%,55.3%和52.8%;对线性喇叭型缓冲结构,当缓冲结构长度分别为1.5D,2.0D和3.0D时,对应的最佳入口断面积分别为2.5S,2.4S和2.7S,微气压波幅值分别减小59.4%,64.2%和71.6%.     

兰新铁路土堤式挡风墙阶梯式设计

采用计算流体力学方法对土堤式挡风墙阶梯式设计进行了数值模拟,分析挡风墙后列车的气动性能。研究结果表明:采用阶梯式设计后,列车所受到的横向力、升力和倾覆力矩明显减小,中间客车的横向力、升力和倾覆力矩分别最大减少88.7%,58.3%和75.6%;车体迎风面较大面积的强正压转变为大部分负压,车体顶部负压减小,整个车体基本处于一个负压环境中,因而受力情况明显好于原挡风墙下的车体受力。同一阶梯高度下,机车受到的横向力和倾覆力矩最大,第一节客车受到的升力最大;不同车速下,车体横向力、倾覆力矩随阶梯高度变化的拟合曲线基本相同,且在阶梯高度0.6~1.0 m之间变化平缓。     

单车明线工况下高速列车室内压力波动研究

对已在明线工况下连续运营一段时间的16节长编组200 km/h动车进行实车试验,利用车载测试系统重点测试列车经过分相区、紧急制动以及列车到站开启车门3种工况下,客室内气压变化率和室内外压差;并根据车体气密性指数求解方法,分析车体动态气密性指数随时间变化关系。根据测试结果,结合动车组通风换气装置结构特点分析动态气密性指数增大发生耳鸣现象的原因,并提出改进措施。研究结果表明:随着运行时间的增加,室内负压呈线性逐渐增大,室内最大负压为-982 Pa;室内压力变化率随室内外压差的变大而逐渐增大,列车到站开启车门工况下3 s变化率最大为602 Pa/(3 s),1 s变化率最大为564 Pa/s,经过分相区时的最大3 s变化率和1 s变化率分别为263 Pa/(3 s)和93 Pa/s。车体动态气密性指数随运行时间的增加而增加,最大值为11.58。