通过建立受电弓-列车-接触网系统模型,基于横风条件下,采用分离涡模拟方法研究受电弓不同姿态运行时的非定常气动特性,分析三维绕流场内涡量、流线、压力等的变化规律,以及不同姿态下受电弓气动力、力矩系数的时程变化规律及频域特性,探讨受电弓闭口运行与开口运行时绕流特性的差异。结果表明:在闭口姿态时,底座和下臂部分流场区域受到强烈干扰,在开口姿态时,滑板和上臂部分流场区域受到较强扰动;相对于闭口姿态,开口姿态中Cx和Cz的时均值增加了8.3%和10%,其波动量相差在7%以内,Cy的波动量为闭口姿态的30%左右,其最大值和最小值是闭口姿态的1.4倍和4.2倍;开口姿态下My、Mz和Mx的增幅值分别为6.7%、2.3%和3%,My和Mz的波动量增加了13.6%和7.2%,Mx的波动量增幅为闭口姿态工况的1.5倍。研究结果对横风作用下受电弓不同姿态运行的气动特性研究及应用具...

针对单层、腔室型两种形式的开孔波纹板风障,采用滑移网格方法分别模拟横风条件下高速列车通过风障区域的过程,分析了在横风和列车风耦合作用下风障周围的绕流流场特性、风障面板气动荷载的时域特性及横风与列车风耦合脉动压力的频域特性。结果表明:在高速列车行经风障区域的过程中,无横风时头车产生的冲击作用要大于尾车的;存在横风作用时,列车头车产生的气动冲击作用与横风作用形成对冲,抵消了部分横风能量,而列车尾车则与横风作用相叠加,放大了横风对风障的气动作用;单层风障通过改变横风流向起到挡风减载作用,而腔室型风障同时可在腔室内部及尾流形成大量小漩涡来消耗横风能量,使用腔室风障能显著降低单个风障面板的气动荷载;该研究中,横风与列车风耦合作用于风障的脉动压力以及气动荷载的主频谱峰值集中在0.5~5 Hz内。

采用动态层铺法对高速列车以350 km/h通过京雄高速铁路410 m全封闭声屏障过程进行计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟,并对单车通过、在声屏障1/4跨和1/2跨处会车三种工况下全封闭声屏障表面气动荷载进行分析。结果表明三种工况下,全封闭声屏障不同断面位置风压差异较大;同一工况下,出入口处断面测点风压持续时间较短,越靠近1/2跨位置,断面测点风压持续时间越长;会车工况下,全封闭声屏障断面测点风压变化复杂,且数值较大,在1/2跨处会车工况下,断面测点出现了正、负风压最大值,分别为单车行驶工况下的1.37倍和2.23倍,是全封闭声屏障表面气动风压的最不利工况;在最不利工况下,全封闭声屏障断面测点风压呈正-负-正的变化规律,但风压数值明显不同,且列车车头经过处断面测点风压极值大于列车尾部经过处断面测点风压极值,同时在全...

针对设计工作者对于带裂缝衬砌在气动荷载作用下的安全性疑虑,文章采用ABAQUS有限元软件和Fe-safe软件对带单一纵向裂缝、网状裂缝的高速铁路单线、双线隧道衬砌在围岩压力与气动荷载共同作用下的结构受力规律和疲劳寿命开展研究工作,主要结论有(1)除双线隧道拱顶存在网状裂缝工况外,气动荷载对其余工况的衬砌受力安全影响较小,在使用寿命周期内,结构不会发生疲劳破坏;(2)双线隧道拱顶存在网状裂缝时,裂缝在围岩压力作用下可能处于不稳定状态,需对结构进行加固处理;(3)气动荷载作用下,单线隧道单一纵向裂缝、网状裂缝工况和双线隧道单一纵向裂缝单车行驶、双车交会工况的疲劳寿命大于使用寿命周期的通车总对数,气动荷载不会诱发结构疲劳破坏。

列车高速通过隧道过程中形成的压力波不可避免地对隧道内轨旁附属设施造成气动冲击,影响其使用寿命。以高速铁路隧道内广泛分布的疏散灯为研究对象,采用隧道空气动力学的分析方法,利用Fluent软件进行仿真分析,确定高速铁路隧道内压力波的荷载作用特征。基于Abaqus商业计算平台,建立隧道地层−衬砌结构−锚栓−疏散灯的结构动力学仿真模型,研究气动荷载和地层荷载联合作用下隧道衬砌、锚栓和疏散灯灯具的动力响应。通过不同锚栓规格对衬砌力学分布特征的影响规律分析,探讨高速铁路隧道内轨旁疏散灯具的潜在破坏模式。研究结果表明气动-地层荷载联合作用下,相对于疏散灯灯具以及锚栓本身,衬砌混凝土首先达到其疲劳破坏阈值,而此时疏散灯灯具及锚栓应力还远未达到其控制值,气动荷载作用下隧道内轨旁疏散灯失效更可能是锚栓安装基...

为研究列车经过时气动效应对隧道内附属设施的影响,通过现场测试分析不同因素对隧道附属设施表面气动荷载、振动加速度和列车风速的影响,给出隧道内气动荷载分布规律。研究结果表明附属设施受到的气动荷载与列车运行速度平方近似成正比关系;隧道长度和编组对附属设施气动荷载存在耦合影响,存在最不利隧道长度,车型和季节对附属设施气动荷载影响不显著;附属设施振动加速度主要由气动荷载引起;列车运行速度由300 km/h增加到350 km/h时,隧道附属设施表面气动荷载和振动加速度均增大约40%,列车风速增大约10%。

基于多数专业风机数值模拟软件只可进行一阶波浪荷载计算这一缺点,文中将以AQWA为基础,利用其可进行二次开发的技术优势,通过实时调用风机气动荷载,实现海上TLP浮式风机分析。分析中,浮式风机平台一阶、二阶波浪荷载由AQWA计算,实时调用的气动荷载由动态链接库提供。该动态链接库主要包含了根据叶素动量定理自行编译的气动荷载计算程序。经过与FAST比较,得知该方法能满足分析需求。垂荡、纵摇力的二阶效应尤为明显。仅计算浮式风机平台波浪荷载时,可以不考虑风荷载的影响,但必须考虑平台运动的影响,波浪荷载主要受纵荡、纵摇运动影响,几乎不受垂荡运动的影响;当研究浮式风机平台运动时,必须考虑风荷载和二阶波浪荷载的影响,二阶波浪荷载使得平台响应在整个频率范围内都明显增大。张力筋腱张力受二阶波浪荷载的作用更明显。

针对列车高速驶入隧道时流场的三维、非定常及可压缩湍流等特性,建立了精细化的隧道-列车-空气三维CFD数值模型,对比分析洞口有无横风条件下列车驶入隧道过程中车体周边的瞬态流场结构、压力分布,并研究横风条件下车体的5项气动荷载(气动横向力、气动升力、倾覆力矩、偏航力矩和点头力矩)指标的瞬变特性以及风速和车速变化对其最大瞬变幅值的影响情况.研究结果表明:当列车在横风环境下驶入隧道,洞外部分车体两侧流场结构和压力分布差异显著,而洞内部分差异较小,从而引发列车进洞前后车体压差突变;列车在进洞过程中,车体的各项气动荷载均存在瞬变效应,且尾车同时呈现出倾覆、“上跳”、“蛇形”摆动以及“点头”等行为;风速变化对尾车偏航力矩变化幅值影响较显著,而车速变化对头车偏航力矩变化幅值影响较显著.

对高速列车由横风环境驶入隧道过程中流场的非定常、可压缩以及湍流等特性,建立了隧道-列车-空气三维CFD数值模型,分析了列车驶入隧道时各节车厢的气动荷载瞬态变化特征及对应的车厢运行姿态变化,并从流场角度揭示了其变化机理,最后探讨了气动荷载对车厢的冲击效应.主要结论如下:(1)当列车由横风环境驶入隧道时,各节车厢的5项气动荷载均表现出显著的突变特征,相应地各节车厢均会呈现瞬间偏转以及瞬间"点头"等行为;(2)车厢两侧压差在纵向上的巨大差异是导致车厢横向力和倾覆力矩的突然卸载以及偏航力矩骤增的根本原因;(3)横风是导致气动荷载对车厢冲击强度显著升高的主要因素;(4)头车的安全系数是控制整列车运行安全性的关键.

高铁线路隧道-桥梁-隧道路段常伴随强烈的横风,列车行驶至隧道与桥梁连接段时常常受到横风的突然冲击,严重影响了列车的行车安全性。基于计算流体力学RNG湍流模型和多孔介质理论,建立列车-隧道-桥梁-风屏障三维CFD数值模型和风-车-轨-桥动力耦合分析模型,研究了高速列车通过隧道-桥梁-隧道路段过程中列车的气动荷载和行车安全指标的变化特性。结果表明:桥隧相连段设置风屏障后,各节车厢的气动荷载突变幅值显著降低,降幅达50%以上,其中横向力和倾覆力矩受风屏障的影响最为显著,降幅高达88%以上;设置风屏障后列车行车安全指标显著降低,迎风侧和背风侧各轮对(除了头车1、3号轮对外)的安全指标波动幅度相同;头车的安全指标对整个列车行车安全性起控制作用,尤其是头车转向架前轮(即1、3号轮对)的;列车由隧道驶入桥梁过程中的行车安全性较由...