高速铁路双线隧道内列车风分布及流场特性

为研究高速列车非对称通过标准高速铁路双线隧道引起的列车风分布规律及列车周围流场分布特性,基于有限体积法理论,采用数值计算方法模拟CRH380A高速列车通过双线隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车与周围环境相对运动.研究结果表明:隧道内气动压力系数计算结果与国内现场实测结果变化规律基本一致;列车车头、车尾通过时,纵向、横...     

随机风载下高速列车动力学安全特性

为了研究随机风载下高速列车的动力学特性,提出一种随机风环境下高速列车安全平稳性评估方法。基于Kármán理论和Davenport相干函数通过谐波合成法建立随机风数值模拟模型,并推导随机风作用下的高速列车非定常气动载荷的计算公式。通过SIMPACK建立车辆系统动力学模型,计算不同随机风载作用下的高速列车以不同车速运行过程中的安全性指标及平稳性指标。最后,本文选择了包括脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、Sperling平稳性指标在内的多性能指标作为目标来支持决策。通过仿真对多性能指标进行评价,验证了该模型在强风下高速列车运行动力学特性研究中的适用性。     

强侧风作用下带制动风翼板高速列车周围流场结构分析

基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε双方程模型,采用计算流体动力学方法对不同风向角强侧风作用下带制动风翼板高速列车及风翼板表面时均压力分布规律、周围时均流动结构及瞬态流动结构等气动效应进行了数值模拟.初步研究结果表明：强侧风影响下,列车外围流场结构复杂多变,随着风向角在0°～180°内逐渐增大,头车首排制动风翼板前后形成的高压区和低压区、头车司机室上方形成的低压区、尾车司机室与车身连接处形成的低压区及车顶形成的低压区影响范围呈先扩大后逐渐缩小的变化趋势;同时随着风向角的逐渐增大,列车头车和尾车鼻尖处形成的高压区域影响范围逐渐变小、减弱.     

不同站台配置的列车风特性差异研究

列车高速运行时会产生可能危害站台人员安全的列车风,而对列车风的大多数研究没有考虑站台带来的影响。为研究站台对列车风特征的影响,基于实际情况提出3种站台(无站台、单侧站台和双侧站台)配置,通过改进延迟分离涡(IDDES)数值模拟方法对比分析高速列车在无站台、单侧站台和双侧站台区域的列车风特性与周围流场差异。研究结果表明：考虑站台时,中间车在轨侧产生的合成列车风速度大于无站台配置的列车风速度,而尾流区域的列车风速度较小;站台配置对一定高度上的列车风速度的纵向分量和垂向分量影响显著;站台的垂直端面与列车壁面之间的狭窄空间会改变周围的流场结构,破坏列车尾部压力和漩涡的对称性,在站台上形成随列车纵向长度发展而上移的漩涡,在车辆与站台间区域内的涡度显著增强。基于站台区域最大列车风速度的分布,当列车以300 km/h的速度通过时,若不存在站台,则人员的安全退避距离约为3.4 m,若存在站台,则该距离减小至约2.5 m。     

突变风与列车风耦合气动载荷下风屏障的强度分析

自然风与列车风的耦合气动作用是铁路风屏障产生弯曲、扭转等变形的主要原因。建立了列车-风屏障耦合的三维气动仿真模型,对风屏障在突变风与列车风耦合作用下压力分布规律进行了分析。建立了风屏障固体结构分析模型,对风屏障进行了模态分析,采用流固耦合的方法分析了风屏障在不同工况下的应力及变形量,据此对风屏障进行了强度校核。结果表明：风屏障自振频率最小为6.11Hz,风屏障自振频率与列车风的振动频率相差较多,不会产生共振现象。在突变风与列车风耦合下,突变风的作用效果对风屏障的位移以及应力变化起决定性作用。在1.59s时,风屏障在突变风与列车风耦合作用下产生最大位移,其中最大负位移达到1.42mm,最大正位移达到0.605mm。H型钢立柱产生最大的Mises应力,达到83.79Mpa,比列车风单独作用时增加了152.8%。可见突变风与列车风耦合会加剧风屏障的动力响应。     

挟沙强横风环境下高速列车的冲蚀性能研究

为了研究风沙环境下高速列车的冲蚀效应,基于空气动力学理论,使用Navier-Stokes方程、标准κ-ε湍流模型对气流进行连续化假设,应用DPM模型对沙粒粒子进行离散化处理。数值模拟了不同风速、不同沙粒粒子直径、不同浓度下的高速列车冲蚀效应,采用欧拉-拉格朗日方法进行求解计算。研究结果表明：速度越大,反射后的粒子距离列车表面越远,偏航角越大,列车附近的粒子运动越无规则;当速度不变时,列车车头处的冲蚀率随着粒子直径的增大而增大;当粒子直径不变时,冲蚀率随着粒子浓度的增大而增大,随着速度的增大呈现先减小后增大的趋势,且最大冲蚀率是最小冲蚀率的2.8倍。     

流场中双层壳体结构振动特性研究

对水下由环形肋板连接的有限长双层柱壳在点激励下的稳态振动特性进行了研究。基于Ｆｌｕｅｇｇｅ薄壳理论和弹性波理论,将环肋板等价为线用在内外壳体上,给出了双层壳耦合振动方程,比较了双层壳和单层壳表面振动速度级。     

路堤高度影响列车侧风运行气动特性模拟

列车常在路堤上运行,特别是在侧风环境下列车的空气动力特性问题变得十分重要。本文采用计算流体力学方法对路堤高度变化影响列车侧风运行气动特性进行研究。数值模拟结果表明:由于气流随路堤斜坡的加速效应,头车上受到的侧向力和侧翻力矩随着路堤高度增加显著增加。作用在中间车上的阻力对路堤高度变化不敏感,但随着路堤高度增加中间车上的负升力明显增加。对于尾车,其阻力系数随着路堤高度增加而逐渐增加,且因为处于剧烈的尾涡区而受到逆侧风方向的侧翻力矩作用。     

列车通信网络设计问题中的双层规划模型

列车通信网络的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构优化问题关系到列车控制系统及安全监测系统的性能和经济效益。对列车通信网络的设计问题进行建模,通过双层规划的思想,将列车通信网络的可靠性、建造费用与通信效率纳入统一的决策过程,从而建立科学的列车通信网络最优性能模型。上层规划以最低建造成本为目标,约束条件为网络可靠性;下层规划以最大通信效率为目标,约束条件为建造费用和网络物理拓扑。最后利用一种基于遗传算法和Floyd算法的混合求解过程对列车通信网络综合规划模型进行求解,得到满足网络稳定性要求下的最小费用设计方案及该方案下的最优效率通信方式。通过对实例结果的分析表明,文中提出的模型是切实有效的。     

中国恶劣风环境下铁路安全行车研究进展

介绍我国铁路恶劣风环境下正在开展的铁路安全行车方面的研究以及进一步开展的研究,主要包括:风环境下铁路安全行车综合研究方法,如数值计算、风洞试验、在线实车试验、理论分析等;大风环境下列车空气动力特性规律,如列车空气阻力特性、空气升力特性、空气横向动力特性、列车交会空气压力波、风-车-路-局域地貌环境耦合列车空气动力特性等;风环境下列车临界运行速度,如风特性、空气动力、机械动力作用下车辆倾覆稳定性、特殊风环境下的列车临界运行速度;恶劣风环境下铁路安全行车措施,如实施限速(即对风速-路况-车外型与载重不同组合下的列车安全运行速度限值)或停轮,设计合理的列车外形,设置挡风墙,建立铁路大风监测预警与行车指挥系统等.     

列车绕流的瞬态与稳态数值模拟对比

采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)和基于雷诺平均(Reynolds Average Navier-Stocks,RANS)的SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型,分别对高速列车单车明线运行进行瞬态和稳态的仿真计算,通过与实车测试数据比较对数值模拟进行了验证.对比分析LES和RANS的计算结果发现:对于车头表面测压点,LES和RANS都能给出高精度的计算结果,且LES的瞬态计算结果表明,表面压力最大值在一个很宽的范围内波动;对于列车绕流结构,LES较RANS表现出更强的小尺度涡的捕捉能力,尤其表现在复杂的尾流区;通过气动力系数的傅里叶变换分析了波动的频域特性.LES在较复杂列车模型外流场模拟中的高计算精度,及其广泛的结果信息可以为列车的系统耦合设计提供可靠的数据参考.     

双叉式叶尖结构对风力机流场特性影响的数值模拟

以波音737MAX机翼的双叉式叶尖结构为风力机叶尖改型设计思路,设计出双叉式叶尖结构风力机,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)进行数值计算.结果 表明:双叉式叶尖结构风力机叶片压力差、叶尖线速度小于未改型风力机叶片,但上叉与下叉压力差总和大于未改型风力机叶片,增大了双叉...     

双基地雷达合成风场仿真与莫兰蒂台风的风场试验

双(多)基地多普勒天气雷达适于构建局域探测网,对于需进行气象保障的局部区域的对流性降水探测尤为重要。利用双(多)基地多普勒雷达网监测其强降水以及风场结构,通过风场反演了解其风场结构,能够更好地认识中小尺度天气的演变机理,改进短临预报。研究了双基地雷达的合成风场反演方法,通过仿真试验,可获得大气的辐合辐散、旋转以及上升或下沉等三维风场特征。借助福建厦门和泉州的两部多普勒天气雷达的实测资料,构成仿真的双基地雷达探测,分析了"莫兰蒂"台风的降水强度与径向风场回波特征,并反演了二维和三维的合成风场。结果表明,双基地雷达的合成风场方法,可以有效地反演台风的二维和三维风场,为监测台风的精细结构和演变提供了丰富信息。     

概化峡谷地形风场特性风洞试验

为研究峡谷地形的风场特性,首先对比了4类规范对峡谷地形风压或风速修正的规定;其次,以某V形对称坡度概化峡谷地形为研究对象,通过风洞试验,研究了其横断面方向和沿峡谷走向地形风速分布规律,并讨论了风向角对于峡谷地形风速分布的影响。结果表明：国外规范对峡谷地形风速修正规定较少,国内规范规定的峡谷风速修正系数在1.07~1.22之间;0°风向角下,风速地形修正系数沿峡谷中轴线基本对称;在测试高度范围内,沿峡谷走向加速区逐渐缩小,减速区逐渐变大,风速地形修正系数极大值逐渐减小,其极值均出现在“H1ZX”横断面,数值分别为1.34 5和0.45 6;0°和15°风向角下,沿峡谷走向,风速地形修正系数分别呈“旋涡状”和“山丘状”,减速区位置也不相同;谷底位置处的风速加速效应很有限,仅在峡谷风速入口位置附近存在加速效应,且风速修正系数值最大值小于规范规定最大值1.22。     

兆瓦级风电机组传动链动态特性分析

由于风力发电机组安装在柔性支撑塔架上,传动链承受着变风向、变载等恶劣工况,其故障率一直较高,成为风电发展的瓶颈。研究考虑风机塔筒摆动与传动链扭转振动的耦合效应,利用集中参数法建立基于柔性支撑的兆瓦级风机传动链耦合动力学分析模型,开展兆瓦级风电机组传动链动态特性研究,揭示其动态特征及变化规律,利用坎贝尔图对潜在共振点进行分析,得到切入转速与传动链之间潜在共振频率。基于Simpack有限元法对传动链动态特性进行分析,验证分析方法的正确性。     

网壳风压分布特性试验研究

通过对广东省大学生运动会游泳馆网壳的风洞试验 ,分析研究了网壳结构的风压分布特性 ,并对看台曲面屋盖和游泳池波浪形盖板两种不同结构形式的网壳的风荷载特性进行了比较 ,当气流在弯度较大的屋盖上流动 ,加速较充分 ,屋面呈现较大负压 ,具有较大的升力系数 .不同形式网壳的风压分布的特点为结构工程师进行网壳结构的抗风设计提供了参考和启发 .     

考虑车下环境的高速动车组空气流场数值仿真

在建立典型高速动车组模型、轨道等环境模型基础上,根据流场有限元知识,将整体仿真模型划分为车头部分、车尾部分、中间车前部及中间车后部.采用对称计算域,选择非结构网格进行网格处理,进而仿真分析300km·h-1的流场分布规律.结果表明:建立的典型动车组模型总体受力69.4kN,车下部分尤其是转向架附近流场分布各异,湍流形式明显,该部分阻力占总体阻力33.6%,最大正负压力差约8kPa.通过分析比较ICE和TGV-A高速列车相关试验数据,验证了仿真方法与结果的合理性.     

Study on wind characteristics of typhoon muifa on the sutong bridge

As a cable-stayed bridge with the longest main span, the Sutong Bridge faces the threat of typhoons every year. Based on field measured data measured at the top of the tower and at the mid-span by anemometers, Typhoon Muifa is analyzed in detail to obtain the wind characteristics, including the mean wind speed and direction, turbulence intensity and gust factor, power spectral density and integral scale of turbulence, etc. The correlated mean wind speeds at the two heights show the reliability of recorded wind data as well as the variation of wind speed with height. Turbulence intensities and gust factors fluctuate in a similar way. The values of integral scales are sensitive in different case. The measured power spectra are particularly compared with Kaimal spectrum, Teunissen spectrum, Harris spectrum, and Davenport spectrum. The results show that the measured spectra cannot fit the code-suggested spectra very well, which exhibits the demand of more accurate spectra. Conclusions obtained in this article can provide references for wind resistance design of super-long-span cable-stayed bridges.     

台风风特性现场实测与数值模拟研究综述

台风风特性的现场实测与计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟是研究台风作用下结构风效应和城市地形风场特性的主要方法。采用综述形式,对当前台风风场特性现场实测与数值模拟研究的基本方法、主要内容、待解决问题及未来发展趋势进行了归纳及总结。现场实测台风数据为台风风特性的研究提供有力的科学根据,在数值模拟软件中对台风风场进行模拟极大方便了对台风风特性的研究。目前,台风实测数据还十分有限,台风非平稳性和地域性差异等因素导致难以用数值模拟的方式准确描述城市地形风场环境。未来,需以现场实测和数值模拟相结合的方式,总结风场特性,对城市地形风场建立适配的台风数学分析模型,得到合适的结构设计风参数选值方法。     

横风作用下列车在高架桥上运行的气动特性分析

使用计算流体力学方法研究横风条件下列车在高架桥上运行的气动特性和倾覆的危险性。基于三维N-S方程,采用滑移网格技术对列车运行进行数值模拟,并与在地面上运行作对比数值模拟计算。研究结果表明列车在高架桥上运行所受到的气动力随着侧风强度的增加而剧烈增加,随着车速的增加而缓慢增加;和地面路况运行相比,列车在计算模型中的高架桥上运行并未增大倾覆危险性。