基于三维可压缩流动的N-S方程,采用SSTk-ω湍流模型,对高速列车受电弓滑板在横风条件下的气动载荷特性进行模拟分析,得到受电弓滑板在复杂工况下的气动力系数,气动力矩系数以及绕流场特性.结果表明,在横风作用下前滑板、后滑板在迎流方向产生最大正压,在展向截面上压强均为负值,且后滑板最大负压小于前滑板.前滑板的展向压强分布遵循先一致后对称的规律,后滑板则相反.滑板气动荷载主要集中在0～500Hz范围内,在0～50Hz的范围内气动力系数由最大值衰减至10%左右,说明在该频段内各气动力、力矩波动最大;阻力系数、升力系数的峰值在0～200Hz的范围内,侧向力系数在0～300Hz范围内达到峰值.

利用仿真软件FAST和OrcaFlex建立了风机-浮式平台-系泊系统在时域上的耦合分析模型,结合Miner线性损伤累积理论、雨流计算法和系泊T-N曲线,分析了浮式风机的系泊系统在不同气动模型和代表性工况下的疲劳问题,研究了气动荷载和风场湍流强度对系泊疲劳寿命的影响.结果表明:气动荷载会大幅缩短系泊的疲劳寿命,考虑湍流气动荷载时的系泊疲劳寿命仅为不考虑其影响时的1/5,故在系泊疲劳分析中应合理选择湍流风模型;当海况风速接近风机额定风速时,气动荷载会显著增大平台水平位移,导致系泊张力大幅增大,加速系泊疲劳损伤,缩短系泊疲劳寿命;平台的侧移响应会增大平台的侧倾响应,从而加速系泊的疲劳.

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,...

以一斜拉桥研究对象,计算了桥梁下部结构的波浪荷载。通过ICEM生成车桥的混合网格,在Fluent中计算了不同风浪组合下系统的气动荷载。利用Ansys和Simpack建立车-桥耦合模型,将风浪荷载以时程输入,研究不同组合下列车和桥梁动力学指标的变化规律。结果表明当风速和车速一定时,随着波浪荷载重现期的增大,车桥系统的安全性与舒适性降低。列车的脱轨系数和轮对横向力随波浪荷载的变化最明显;桥梁跨中的竖向位移以及加速度与无波浪荷载相比变化较小,而横向指标则随之逐渐增大;当波高和车速一定时,系统的各项动力指标随着风速的提高均明显增大。列车的脱轨系数和轮对横向力的变化幅度最大;桥梁跨中竖向位移在风速达30 m/s时发生突变,而竖向加速度从无风环境到有风环境时发生突变,桥梁横向动力指标则随风速增大而显著增大。

列车高速通过隧道时产生的车体气动荷载与列车整体金属结构、车窗、风挡及空调通风装置等部件的疲劳寿命密切相关,是保证行车安全的重要考量因素之一。采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,研究了列车气密性能、列车长度、阻塞比和隧道长度对高速铁路隧道内列车运行时(400 km/h)车体气动荷载的影响。结果表明列车密封性能越好、编组越长、阻塞比越大,则气动荷载幅值越大、作用时间越长;随着隧道长度的增加,气动荷载幅值呈现先增大、后减小的趋势,存在“隧道不利长度”;车体气动荷载幅值可保守地通过计算车体表面压力幅值进行估算。

通过现场测试高速铁路列车引起的隧道气动效应,分析列车速度、列车编组、隧道长度等因素对气动荷载、振动加速度和微气压波的影响。结果表明列车通过隧道时,隧道壁面及附属设施表面气动荷载峰值与列车速度近似呈2次方关系;8编组列车通过较短隧道时气动荷载峰值大于通过较长隧道时,16编组列车则相反;控制箱左右两侧气动荷载峰值相差较小,顶底部气动荷载峰值相差明显;在隧道防护门中部气动荷载峰值大于上部和下部,上部和下部气动荷载峰值接近;隧道壁面无显著振动,隧道附属设施表面振动明显;在距隧道入口200 m处压力梯度峰值与列车速度呈3次方关系,列车运行速度超过一定值后,出口附近压力梯度峰值高于入口附近;隧道出口20 m处微气压波峰值与列车速度近似呈6次方关系。

为了掌握我国高速铁路长期运营后声屏障结构动力响应性能变化情况,更好地进行运营期声屏障的安全评估和高速铁路桥梁声屏障设计,通过现场试验及与运营初期的数据对比,得到运营期动车组高速通过时桥梁声屏障气动荷载及结构动力响应的变化规律。结果表明动车组高速通过时声屏障结构表面承受气动荷载显著;列车风压对声屏障不同位置的变形和应力的影响程度不同,单元板位移大于立柱,立柱应力大于单元板;高速铁路运营10年后,单元板和立柱最大位移增大而最大应力减小,表明声屏障结构长期承受交变荷载后可能出现承载能力下降问题。建议设计时考虑运营期声屏障疲劳劣化所带来的影响,优化结构疲劳设计指标。

研究目的成自高铁天府机场站是全世界首座列车以350 km/h不减速过站的地下车站,高速列车过站引起强烈的气动效应对车站运营的安全性和舒适性产生不利影响。设置隔离墙将影响地下车站内的气动效应,国内外已有研究主要集中在隔离墙的存在对气动效应的影响,缺少隔离墙结构尺寸对气动效应影响的研究。本文采用数值模拟方法,分析隔离墙长度对车内瞬变压力、站台屏蔽门气动荷载、隔离墙与进出站隧道内压力波动的影响,以期为相关工程提供参考。研究结论(1)隔离墙长度对列车内外表面压力变化幅值的影响较小,列车静态密封指数为36 s时车内瞬变压力满足人耳舒适性标准;(2)对站台屏蔽门表面压力变化幅值的影响较大,存在一个最不利隔墙长度;(3)隔离墙表面压力变化幅值随隔离墙长度的增加而减小;(4)对进站隧道内压力变化影响较小,对出站隧道内压...

以300 W水平轴风力机叶片为研究对象,设计流线型凸包结构,并应用于风轮模型,结合滑移网格技术,对比研究光滑型与流线凸包型风力发电机的绕流场特性以及气动载荷特性,分析了三维绕流场内速度、压力、流线等的变化规律,以及不同风速下风力机的阻力系数及其功率的时程变化规律,探讨了流线凸包型与光滑型风轮在不同风速下运行时绕流特性的差异。结果表明流线型凸包对流场有较好的改善结果;当风速增大时有明显的减阻效果,最大减阻率为19.53%,但其波动量增加为1.51%;凸包型风轮输出功率明显高于光滑型风轮,但随着风速增加,功率增加率也逐渐减弱。研究结果对水平轴风力机非定常气动特性研究及应用具有重要意义和价值。

在风、浪的长期耦合作用下,海上风电结构的振动问题不仅会影响发电机组的电能输出,还会加剧结构的累积疲劳损伤,危害结构安全。为更加科学、合理地认识近海风电结构的动力特性,该文通过考虑风轮-机舱组件(rotor-nacelle assembly,RNA)运行作用及风、浪相关性,采用Von Karman风谱模型模拟湍流风场并计算气动荷载,通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪荷载,对NREL 5MW单桩风电塔进行动力响应分析,对比其在不同状态下的动态行为模式;通过批处理程序,开展对近海风电结构在3 m/s~30 m/s风速范围内的响应计算,探究RNA运行作用下近海风电结构位移、加速度响应随风速的变化规律。结果表明近海风电结构在不同工作状态下的动力响应具有不同的频谱特征,其位移、加速度峰值响应会被RNA运行作用放大。