大风环境下列车运行安全性研究

发布时间：2017-05-15 13:11

  本文关键词：大风环境下列车运行安全性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着高速列车运营速度的不断提高,其空气动力学效应更加突出。尤其是高速列车在大风环境下高速运行时,其气动特性和运行安全性指标都会发生显著的变化,大大增加了列车发生脱轨或倾覆的可能性。因此,需要对大风环境下的高速列车运行安全性进行深入的研究探讨,对保障高速列车的安全运行有非常重要的现实意义。首先,在计算流体力学的基础上,利用FLUENT软件对对大风环境下高速列车的外部流场进行数值仿真。分析了高速列车表面压力分布规律以及周围流场特性,并计算分析高速列车的头车、中间车和尾车所受气动载荷随风速、车速以及方向角的变化规律。研究结果表明,随着风速和车速的提高,列车所受到的气动载荷显著变大,其中头车的变化明显大于中间车和尾车,因此可以认为,大风环境下高速列车的气动性能的优劣取决于头车。在此基础上,利用UDF编程模拟阵风模型,分析高速列车在不同阵风模型作用下的气动特性。研究结果表明,高速列车的气动性能随着阵风模型的变化而变化,表现出时效性,且阵风结束后其尾流对高速列车仍有作用。随着阵风速度的增大,其尾流的作用时间不断增长,对于最高风速为5m/s的阵风,尾流在10s左右消失;而对于最高风速为30m/s的阵风,其尾流在14.2s左右消失。基于多体动力学基本理论,应用系统动力学软件SIMPACK,建立高速列车头车的动力学模型,然后将空气动力学中计算得出的气动载荷施加到列车系统动力学模型中,分析高速列车在大风环境下的运行安全性。通过模拟计算,得到高速列车在不同工况下的各安全性指标。分析其安全性指标随风速、车速以及风向角的变化规律。研究结果表明,各安全性指标都随车速和风速的提高而增大,即安全性降低。当风向角为90°时,各安全性指标最大。根据我国高速列车整车试验规范对高速列车在不同运行条件下的运行安全性进行了评判,分析了列车在大风作用下的最高安全运行速度。高速列车在经过风速为28m/s的风区时,最高运行速度为200km/h;而当经过风速为18m/s的风区时,最高运行速度可达350km/h。本文的研究结论可以为我国高速铁路在大风环境中运行提供理论依据,对我国高速列车在大风环境下安全运行具有一定应用参考价值。
【关键词】：高速列车 大风 空气动力学 多体系统动力学 运行安全性
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U270.11;U298.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题的研究背景及意义11-12
• 1.1.1 课题的研究背景11-12
• 1.1.2 课题的研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 现有研究的不足15
• 1.4 课题研究的内容15-16
• 本章小结16-17
• 第二章 高速列车空气动力学模型17-27
• 2.1 计算流体力学基本理论17-21
• 2.1.1 流体基本控制方程17-19
• 2.1.2 湍流模型19-21
• 2.2 高速列车空气动力学模型的建立21-26
• 2.2.1 列车几何模型21-22
• 2.2.2 计算区域及网格划分22-24
• 2.2.3 边界条件24-25
• 2.2.4 计算仿真工况25-26
• 本章小结26-27
• 第三章 大风对高速列车气动性能的影响27-47
• 3.1 无风状态时的高速列车气动性能27-32
• 3.1.1 列车表面压力分布27-29
• 3.1.2 列车周围流场特性29-32
• 3.2 大风环境下高速列车空气动力学特性32-45
• 3.2.1 高速列车表面压力分布32-35
• 3.2.2 高速列车周围流场特性分析35-37
• 3.2.3 风速对高速列车气动载荷的影响37-41
• 3.2.4 车速对高速列车气动载荷的影响41-43
• 3.2.5 风向角对高速列车气动载荷的影响43-45
• 本章小结45-47
• 第四章 阵风模型对高速列车气动性能的影响47-68
• 4.1 阵风模型及其模拟方法47-49
• 4.1.1 阵风模型47-48
• 4.1.2 阵风模拟方法48-49
• 4.2 阶跃阵风对高速列车气动特性的影响49-61
• 4.2.1 突变阶跃型阵风作用下高速列车的气动特性分析49-54
• 4.2.2 阶跃阵风速度变化的影响54-56
• 4.2.3 阶跃阵风作用时间的影响56-58
• 4.2.4 阶跃阵风斜坡时间变化的影响58-61
• 4.3 阵风作用基本状态对高速列车气动特性的影响61-67
• 4.3.1 正弦阶跃阵风作用61-63
• 4.3.2 三角形脉冲阵风作用63-65
• 4.3.3 正弦脉冲阵风作用65-67
• 本章小结67-68
• 第五章 大风环境下高速列车运行安全性分析68-85
• 5.1 多体动力学的基本理论与仿真软件68-70
• 5.1.1 多体动力学基本理论68-69
• 5.1.2 车辆动力学仿真的方法69
• 5.1.3 SIMPACK多体动力学软件介绍69-70
• 5.2 高速列车多体动力学模型的建立70-75
• 5.2.1 高速列车模型的假设及建立70-71
• 5.2.2 轮轨接触几何关系71-72
• 5.2.3 轨道不平顺72-74
• 5.2.4 气动载荷的施加74-75
• 5.3 高速列车运行安全性指标75-81
• 5.3.1 脱轨系数75-77
• 5.3.2 轮重减载率77-78
• 5.3.3 轮轴横向力78-79
• 5.3.4 轮轨垂向力79-81
• 5.4 大风下高速列车的安全运行速度81-84
• 本章小结84-85
• 结论与展望85-87
• 主要研究结论85-86
• 研究展望86-87
• 参考文献87-90
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文90-91
• 致谢91-92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 白虎志,李栋梁,董安祥,方锋;青藏铁路沿线的大风特征及风压研究[J];冰川冻土;2005年01期

2 梁习锋;熊小慧;易仕和;;强侧风作用下棚车气动外形优化[J];国防科技大学学报;2006年02期

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本文编号：367871