建立高架桥和城际动车组的三维模型,应用ANSYS ICEM软件生成结构网格,采用RANS湍流方程开展定常计算以及大涡模拟进行非定常计算,得到车体表面压力时程曲线。通过风洞试验验证数值计算的网格模型和仿真算法。耦合车速和风速,计算高架运行的城际动车组车体气动载荷。研究结果表明:无横风时,动车组头车阻力最大,与速度的二次方成正比;有横风时,尾车阻力最大。车速在80 km/h至200 km/h范围,风速为10 m/s至60 m/s范围时,相同车速和风速下,动车组头车的侧向力、升力和倾覆力矩最大,中间车次之,尾车最小;横风风速对车体气动载荷的影响敏感度大于运行车速。

为研究重联动车组通过隧道时重联区域对列车气动性能的影响,采用三维、可压和非定常N-S方程的数值计算方法,对重联动车组通过隧道时压缩波与膨胀波的传播特性,列车表面压力和隧道壁面压力变化特性进行研究。研究结果表明:数值计算与动模型试验相比,压力变化曲线吻合较好,幅值偏差不超过7%,重联区域前段流线型头部进入隧道,产生膨胀波,重联区域后段流线型头部进入隧道,产生压缩波,由于重联区域产生的膨胀波和压缩波之间的时间间隔短,导致膨胀效应和压缩效应相互抵消,车体表面和隧道壁面压力变化不显著,当重联区域经过隧道壁面测点时,重联区域车体表面压力变化影响隧道壁面压力变化,使隧道壁面测点压力产生先升后降的波动。

为了研究非定常气动力荷载对桥上列车行车安全性和舒适性的影响,结合有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK,建立列车-轨道-桥梁三维多体系统模型,计算风-列车-桥梁耦合系统的动力响应;对比分析定常与非定常气动力荷载作用下桥上列车的行驶安全与舒适性,研究非定常气动力荷载作用下不同横向风速对列车行驶安全的影响。研究结果表明:列车行驶速度为200~300km/h,无风荷载情况下,各安全性与舒适性指标值均满足要求且均小于风荷载作用。横风作用下平均风速为20 m/s,考虑非定常气动力荷载的影响不仅会使列车行驶安全评估结果更安全,还会使列车舒适性评估结果偏于保守。平均风速不超过20 m/s,车速控制在250 km/h,桥上列车行车安全、舒适性均满足要求,且平稳性等级可达到"良好"以上。通过对不同横向风速下桥上列车行驶安全分析,给出桥上列车安全行...

为研究由列车高速通过全封闭声屏障时诱发的气动效应,探究断面面积对声屏障风压荷载的影响,基于计算流体力学软件FLUENT,以某时速350 km/h高速铁路全封闭声屏障为研究对象,对高速列车通过不同净空面积的全封闭声屏障过程进行数值模拟,分别从气压波传播规律、声屏障气动荷载变化规律以及典型截面各测点压力分布3个方面开展研究。模拟结果验证了声屏障内气压波的传播规律与隧道结构类似,获得了全封闭声屏障气动压力极值随断面面积变化的关系曲线,发现同一截面风压在环向存在明显不对称分布。本文研究成果可为全封闭式声屏障结构设计提供理论依据。

城际列车的运行速度一般处于100~200 km/h之间,对于这类列车气动性能的研究基本处于空白状态,而随着城际列车的不断开通,其安全问题日益加深,因此有必要对城际列车进行气动性能分析。采用数值模拟计算的方法,对温州S1线列车的气动性能进行研究。主要分析列车明线运行时阻力和噪声、列车过隧道车体表面压力变化和车厢内部压力变化几个方面。通过对结果的分析对比,得出其变化规律随着速度的增大,阻力增大,车体表面压力增大,车内压力增大,噪声增大;列车过隧道时,40m^2圆形隧道要比33m^2方形隧道气动性能好;对于单车过隧道,动态密封指数要大于10 s;列车以160 km/h速度运行时,线边25 m远、沿列车轴线方向的最大噪声级约80 d B,在环境噪声允许范围内。

建立经典轨道车辆垂向多刚体模型,推导出模型的振动微分方程组,并采用虚拟激励法和三角级数反演理论求解轨道车辆Sperling平稳性指标。基于Sobol序列对模型11个参数进行随机采样,运用Sobol'法实现对Sperling指标的全局灵敏度分析,得到各个参数对车辆平稳性指标的一阶灵敏度及总灵敏度。最后选取车体质量和一系悬挂刚度2个参数进行优化分析。研究结果表明平稳性指标随着速度的提高而增大,但影响平稳性的主要因素受速度改变的影响较小;车体质量、转向架质量、二系悬挂刚度和车辆定距之半对车辆平稳性影响较大;车体质量和二系悬挂阻尼与其他参数交互作用明显;提高车体质量和降低一系悬挂刚度能有效地提高平稳性。

为简化复杂结构模态分析计算的复杂程度,有效区分复杂结构发生全局振动和局部振动变化的模态阶数,提出一种基于熵值法的目标模态数目确定新方法。分析结构的目标模态并提取目标振型;计算基于目标振型的Fisher信息矩阵;根据Fisher信息矩阵计算提取不同阶模态时的信息熵,计算信息熵的突变特征函数从而确定突变点;由信息熵的变化来表征对应Fisher信息矩阵信息量的变化从而得到结构全局振动和局部振动对应的模态阶数。CRH3型动车组转向架构架仿真结果表明,基于熵值法确定的目标模态数目能够准确计算出构架全局振动的模态数目。

建立模拟轮轨滑动接触的热弹塑性有限元三维模型,以2种滑动速度为例研究机械荷载作用下对流换热系数对接触区的温度、接触斑的大小以及最大等效应力等轮轨接触特性的影响。研究结果表明：各研究工况下轮轨滑动摩擦热均能使接触区域达到相变温度;轮轨接触区的温度、接触斑的大小以及等效应力在有、无对流换热系数2种情况下差异显著,故对流换热系数在对轮轨滑动状态进行数值分析时不应忽略;对流换热系数的变化对接触特性的影响与滑动速度有关,建议2 m/s及以上速度的研究中对流换热系数可以取为定值,但在1 m/s及以下速度的研究中,对流换热系数的准确选取需进行深入研究。

动车组配电柜体积大、质量重,车内空间狭小,为此设计一款装配装置实现大角度翻转。而翻转过程中重心位置动态变化,翻转过程受力复杂。通过静力学分析所得的力矩曲线可知,翻转角度在0.224π和0.239π时,产生2类不利的前倾方式,并通过气动缓冲器和结构优化加以解决。对优化前后的翻转过程进行柔性多体动力学仿真分析,研究结果表明优化后前倾力矩被有效抑制,配电柜可顺利翻转。输出柔性体关键部位的动态应力曲线,实现机械结构的动态设计。

基于三维、非定常、不可压缩N-S方程和k-ε双方程湍流模型，采用滑移网格技术，对横风作用下普速客车与动车组在挡风墙后交会气动性能进行数值模拟，并研究4种挡风墙高度对交会列车气动性能的影响。研究结果表明:数值模拟的列车表面瞬变压力与实车试验结果规律一致，交会压力波峰值的相对误差在10%以内;普速客车和动车组在横风下交会时，横风使得列车头部和尾部最大正压区和负压区域均发生了横向偏移;动车组与普速客车所受横向力和倾覆力矩均随着车速的增加而增加，当普速客车车速由100 km/h增至160 km/h时，普速客车和动车组倾覆力矩峰值分别增加了11.7%和20.8%，动车组受交会车速的影响更大。设置3.5 m高的挡风墙时，列车受到的横向力在4种挡风墙高度中整体上最小，与无挡风墙时相比，普速客车机车和动车组头车受到的横向力峰值分别下...