通过弹簧悬挂节段模型同步测振测压风洞试验模拟结构涡激振动,以1座大跨度斜拉桥的分离式双箱梁为研究对象,测定均匀流场中不同风攻角下的涡振响应及表面风压。基于局部特征区域气动力与断面总体气动力的局域相关性概念,分析竖弯涡振时上游断面迎风侧下斜腹板、下游断面迎风侧斜腹板及顶板这3个关键局部特征区域的气动力演化特性及其与整体总气动力的同步演化关系。研究结果表明当改变来流攻角时,在分离式双箱梁涡振过程中,不仅会使浸没在流场中的绕流状态、旋涡作用位置发生改变,还会使局部气动力与整体气动力的相关性发生改变。虽然断面不同区域的局部气动力与总体气动力的振动卓越频率相同,但其高阶谐波分量对应频率参与涡振作用的比例却随着风攻角变化而发生变化。另外,分离式双箱梁下游断面迎风侧斜腹板区域与整体断...

既有高铁动车组愈加流线的外形可能会使列车气动力的雷诺数效应进一步加剧,因此有必要在大雷诺数范围内对车-桥系统气动力的雷诺数效应进行系统研究。风洞试验采用测压形式对简支梁单桥、列车和典型车桥组合等工况的气动力的雷诺数效应进行了研究,同时考虑风攻角对气动力雷诺数效应的影响,并分析迎风侧与背风侧各工况下列车气动力的雷诺效应。试验结果表明典型桥梁工况气动力在试验雷诺数范围内的变化较小,仅个别攻角下气动力降低;工况3发现列车与桥梁气动力在不同风攻角下随雷诺数变化一致,列车在试验雷诺数范围内阻力均随雷诺数的增加而降低,升力增大,桥梁由于列车的干扰存在对雷诺数变得十分敏感;迎风侧列车的气动力对雷诺数的敏感程度高于背风侧工况。

针对风雨耦合作用下高速列车的气动特性问题,在大气边界层风洞中搭建风雨耦合作用试验系统,以CRH2型列车为研究对象,开展高速列车在风雨环境下的静风荷载试验;分析列车在风雨耦合作用下的气动力系数,探明不同风偏角时降雨强度对列车头车和中车气动力系数的影响规律。研究结果表明降雨对列车头车和中车气动力系数的影响不容忽视,降雨强度越大,对气动力系数的影响越显著;降雨增大头车和中车的阻力系数,在一定程度上增大侧偏力矩系数,降低侧力系数、升力系数与俯仰力矩系数,对倾覆力矩系数影响较小;在不同风偏角时,列车气动特性受降雨强度的影响程度不同,头车气动力系数在风偏角为60°时受降雨影响较大,中车阻力系数在风偏角为20°时受降雨影响较大,其余各气动力系数在风偏角为60°时受降雨影响较大。

我国沿海地区已规划(有部分已建成)多条重要的且穿越居民聚集区的高铁线路,多种型式的全封闭矩形式声屏障将在该区域的高铁沿线上广泛运用。近年来,在西太平洋生成的较大台风频繁在该地区登陆,该地区高铁桥上声屏障结构频繁遭遇强横风侵袭。为给高铁桥上全封闭矩形式声屏障结构的抗风设计提供理论依据,参照缩尺比为1∶16.8的列车-声屏障动模型试验装置,建立相同比例的横风-列车-桥梁-声屏障三维精细化CFD数值仿真模型;采用大涡模拟(LES)方法分析横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的气动压力以及流场结构;基于本征正交分解(POD)理论,采用Matlab软件分别对横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的绕流流场进行分解,探讨各阶模态对其湍动能的贡献。研究结果表明1)全封闭矩形式声屏障绕流流场的湍流强度在纵向分布上呈两端小、中间大的规律,内部...

横风作用下桥上车辆的运行安全性和舒适性已得到越来越多的关注。准确了解桥上车辆气动特性是评估强风作用下行车安全性和舒适性的基本前提。由于公铁同层桥上汽车和列车存在显著的相互气动影响,使得车辆气动特性更为复杂。本文以集装箱卡车和CRH2高速列车为例,通过风洞试验对某大跨公铁同层桥上车辆气动特性开展研究。试验结果表明,公铁同层桥上列车与公路车辆之间的空气动力干扰随着列车(轨道上游,轨道下游)和公路车辆(迎风侧,背风侧)的位置以及轨道上放置的列车数量而变化;列车对上游的公路车辆气动力影响较小,对下游的公路车辆影响较大,且公路车辆侧力系数受列车干扰效应最为显著;桥上公路车辆仅对列车有限宽度的表面压力分布有影响,对该范围内的列车升力系数影响最大,列车的其他气动力则主要受相邻列车气动干扰的影响。 ...

针对刚性风屏障会增加桥梁结构阻力和扭矩的问题,基于仿生学原理,设计一种开缝式柔性膜结构。采用测压试验,通过改变攻角等参数,系统地研究开缝式柔性膜结构对5∶1矩形柱体风压分布和气动力的影响,为推广开缝式柔性膜结构在扁平箱梁的应用提供依据。研究结果表明试验模型的水平对称性和流动二维性比较好,测压试验结果与已有试验结果吻合良好,可以用来分析柔性膜结构对矩形柱体气动力的影响。开缝式柔性膜结构不同位置处的风压系数有区别,其拍动引起的旋涡,加剧了外部气流同柱体表面气流的动量交换。无柔性膜结构时,矩形柱体各截面有较强的展向相关性,在攻角0°~10°范围,柱体表面具有大尺度展向旋涡脱落。柔性膜结构削弱了大尺度展向旋涡,降低了升力系数的展向相关性,是三分力系数减小的重要原因。单独一片柔性膜结构的影响区...

为研究横风作用下路况场景对高速铁路列车气动力特性影响的规律,基于风洞动态测压试验和PIV粒子成像技术,测试得到位于平地、路堤和高架桥上列车表面风压分布和气动力,获得列车周围流场分布特性,讨论路况场景和线路布置形式对列车气动力特性影响,分析列车表面绕流及旋涡特性,探究其风荷载规律特性。研究表明列车位于高架桥时气动侧力系数大于另外两种路况,而气动升力系数小于其他工况,平地和路堤上气动系数差别并不太明显;桥梁的干扰导致列车迎风面顶部前缘极值负压绝对值及其影响区域大于其他工况;沿车头到车身形成的旋涡可能是影响列车表面风压和气动力特性的主要因素,车身背风面涡对是导致高架桥上列车侧力系数较大的重要原因。

为提高列车在复杂风环境中行车的安全性，本文采用1:40的缩尺模型进行风洞模拟试验，针对提出的一种新型百叶窗型风屏障对列车和桥梁的气动影响展开研究，并基于车-桥系统气动特性对百叶窗型风屏障的自身参数进行了优化分析。试验结果表明:设置风屏障可明显提高列车运行安全性，设置百叶窗型风屏障相对不设置风屏障列车扭矩系数减小58%;百叶窗型风屏障的防风效果优于传统风屏障（栅栏型和多孔型）的防风效果;百叶窗型风屏障的叶片层数较多、叶片角度旋转范围在90°～180°范围内（使气流导向桥面）时更利于列车安全运行;百叶窗叶片风嘴较钝时不利于车桥气动安全，其中叶片风嘴角度为60°时更优，90°时最不利。

基于缩尺比为1:25的节段模型风洞试验,对湍流横风中高架桥上高速列车的气动特性进行研究。在均匀流和湍流条件下,对−6°至6°风攻角范围内迎风和背风轨道上的典型车头和车身断面进行测压试验,并采用积分法计算相应的气动力系数。实验结果表明,轨道位置对高速列车的平均气动特性有影响,特别是对车身断面的平均气动特性。与迎风轨道处相比,背风轨道处的脉动压力受桥梁干扰影响明显。湍流对车头断面的影响小于其对车身断面的影响。列车车头平均气动力系数与风攻角几乎呈负相关,背风轨道上的车头断面尤其如此。此外,侧向力在决定相应的列车头车倾覆力矩时起着关键作用,尤其是对车身截面。

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...