波浪面对车桥气动特性影响下的车桥系统耦合仿真研究

简介

为研究波浪形底面对列车-桥梁气动荷载影响下的车桥系统振动响应,选取平潭海峡元洪水道大桥为研究对象,固定列车车速和风速,采用流体动力学软件Fluent,计算系统在横风作用及不同波浪形底面下列车和桥梁的气动荷载。基于有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK建立三维列车-桥梁联合仿真模型,将得到的气动荷载通过时间激励方式施加到列车-桥梁系统中。研究相同车速和风速在不同波浪重现期下波浪形底面对气动荷载的影响以及车桥耦合振动问题。研究结果表明底面为平面时,风速剖面近似呈线性增长,且风速梯度显著大于底面为波浪形的工况;底面为波浪面时,各重现期下风场特性差异较小,波谷临近处速度梯度较小,向两侧波峰逐渐增大;风场中不同重现期波浪面的改变会使列车和桥梁的气动荷载的频率、幅值大小发生不同程度的改变;底部为平面时,桥梁的阻力、升力和力矩气动荷载峰值均小于底部为波浪面时的荷载峰值;列车的安全性指标均随着波浪重现期的增大而增大,其中横向力和轮重减载率的增幅较明显,100年波浪重现期下列车头车横向力、减载率和横向加速度分别比无波浪时增大了13.45%、23.08%和37.61%;桥梁跨中横向最大位移与横向最大加速度均随波浪重现期的增大而增大,竖向则变化不大。