横风环境中列车—桥梁系统的气动特性及耦合振动研究

发布时间：2017-08-08 04:25

  本文关键词：横风环境中列车—桥梁系统的气动特性及耦合振动研究

  更多相关文章： 横风 车桥耦合振动 空气动力学 多体动力学 CFD

【摘要】：随着我国交通事业的不断发展,列车速度和桥梁跨度不断提高,而大跨度桥梁刚度较小且多处于风力强劲的江河、海峡上,列车高速通过桥梁时的耦合振动问题比较突出,安全性及平稳性难以得到保证,因而有必要对横风环境中列车-桥梁系统的耦合振动问题进行研究。本文针对横风环境中平潭海峡大小练岛水道公铁两用钢桁梁斜拉桥的车桥耦合振动问题,建立了列车-桥梁系统的空气动力学和多体动力学仿真模型,对不同风速和车速下列车-桥梁系统的流场特性、气动荷载以及列车与桥梁的耦合振动响应进行了研究。本文的主要研究内容包括：1)介绍了空气动力学和多体动力学的基本理论,对列车-桥梁系统的空气动力学和多体动力学建模方法进行了说明。2)采用CFD软件FLUENT通过局部动态层网格的方法建立了列车-桥梁系统的空气动力学仿真模型,并计算分析了不同风速和车速工况下单线行车和双线会车时列车-桥梁系统的流场特性及气动荷载的变化规律。3)利用有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK建立了列车-桥梁系统的三维空间模型,并以时间激励的方式施加气动荷载,仿真计算了横风作用下列车-桥梁耦合系统的动力响应。4)研究了基于风速、车速、单线／会车多参数不同组合工况下列车和桥梁各动力学指标的变化规律,依据列车和桥梁的评价标准对列车运行的安全性和舒适性进行评定,并给出了单线及双线行车时车速和风速的建议限值。
【关键词】：横风 车桥耦合振动 空气动力学 多体动力学 CFD
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3;U211.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 风-列车-桥梁系统耦合振动研究综述12-18
• 1.2.1 风-桥梁相互作用12-14
• 1.2.2 风-列车相互作用14-15
• 1.2.3 列车-桥梁相互作用15-17
• 1.2.4 风-列车-桥梁相互作用17-18
• 1.3 选题意义18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 第2章 列车-桥梁系统空气动力学数值计算方法20-32
• 2.1 流体动力学控制方程20-21
• 2.1.1 质量守恒方程20
• 2.1.2 动量守恒方程20-21
• 2.1.3 能量守恒方程21
• 2.1.4 气体状态方程21
• 2.2 湍流数值模拟方法21-26
• 2.2.1 直接模拟(DNS)22
• 2.2.2 大涡模拟(LES)22
• 2.2.3 Reynolds时均法(RANS)22-26
• 2.3 列车-桥梁系统空气动力学模型的建立26-30
• 2.3.1 模型的简化26-28
• 2.3.2 计算域及网格28-29
• 2.3.3 边界条件29-30
• 2.4 列车和桥梁的气动荷载30-31
• 2.5 小结31-32
• 第3章 横风环境中列车-桥梁系统多体动力学仿真方法32-51
• 3.1 多体系统动力学基本理论32-36
• 3.1.1 多体系统的基本运动方程32-35
• 3.1.2 多体系统动力学建模的基本方法35-36
• 3.2 列车-桥梁系统多体动力学模型的建立36-45
• 3.2.1 列车的动力学模型36-42
• 3.2.2 桥梁的动力学模型42-45
• 3.2.3 气动荷载的施加方法45
• 3.3 列车和桥梁动力响应的评价方法45-50
• 3.3.1 列车的评价标准45-49
• 3.3.2 桥梁的评价标准49-50
• 3.4 小结50-51
• 第4章 列车-桥梁系统气动特性分析51-68
• 4.1 列车-桥梁系统流场特性分析51-58
• 4.1.1 流场结构分析51-55
• 4.1.2 压力分布规律55-58
• 4.2 列车和桥梁的气动荷载分析58-66
• 4.2.1 列车的气动荷载58-64
• 4.2.2 桥梁的气动荷载64-66
• 4.3 小结66-68
• 第5章 横风环境中列车-桥梁系统耦合振动分析68-78
• 5.1 列车的动力响应及指标评定68-74
• 5.1.1 脱轨系数68-69
• 5.1.2 轮轴横向力69-70
• 5.1.3 轮重减载率70
• 5.1.4 车体加速度及舒适度指标70-74
• 5.2 桥梁的动力响应及指标评定74-76
• 5.2.1 桥梁的竖向挠度和横向振幅74-75
• 5.2.2 桥梁的振动加速度75-76
• 5.3 小结76-78
• 结论与展望78-80
• 结论78-79
• 展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-86
• 附录1 列车与桥梁的动力响应及指标评定汇总86-91
• 附录2 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目91

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王厚雄,林荣生;列车的横风倾覆力矩特性[J];空气动力学学报;1983年03期

2 杨吉忠;翟婉明;毕海权;;横风环境下铁路车辆振动响应分析[J];系统仿真学报;2010年09期

3 熊小慧;梁习锋;;横风作用下货车篷布结构强度计算[J];中南大学学报(自然科学版);2012年08期

4 高广军,田红旗,姚松,刘堂红,毕光红;兰新线强横风对车辆倾覆稳定性的影响[J];铁道学报;2004年04期

5 杨敏;;强横风对青藏线列车气动性能的影响[J];铁道机车车辆工人;2009年02期

6 金琦;梁习锋;熊小慧;;横风对篷布气动升力的影响[J];铁道科学与工程学报;2010年04期

7 日比野有;王媛媛;;横风造成的车辆倾覆[J];国外铁道车辆;2013年01期

8 刘成晔;蒋科军;;强横风对轿车气动性能影响数值分析[J];系统仿真学报;2010年11期

9 田红旗;苗秀娟;高广军;;强横风环境下棚车侧壁外形气动性能[J];交通运输工程学报;2006年03期

10 刘庆宽;杜彦良;乔富贵;;日本列车横风和强风对策研究[J];铁道学报;2008年01期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 姚远;姚拴宝;郭迪龙;杨国伟;;不同列车头型在横风条件下的非定常气动特性[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郗艳红;横风作用下的高速列车气动特性及运行安全性研究[D];北京交通大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 徐世南;高速集装箱平车空气动力学性能研究[D];西南交通大学;2015年

2 刘品;横风环境中列车—桥梁系统的气动特性及耦合振动研究[D];西南交通大学;2016年

3 李鹏;横风动模型测力系统动态特性数值模拟[D];中南大学;2010年

4 梅翔;横风作用下高速卧铺列车振动特性的研究[D];西南交通大学;2013年

5 李军产;风雨联合对高速运动客车动力作用数值模拟[D];中南大学;2012年

6 李振;横风中复线路堤上高速列车气动性能和运行安全性研究[D];西南交通大学;2011年

7 汪林峰;横风中桥上高速列车的气动性能和动力学性能分析[D];西南交通大学;2012年

8 刘菡;长江航道江苏段强风和强横风发生规律及其个例的数值模拟[D];南京信息工程大学;2014年

9 马小云;高速列车的横风效应及动力学性能研究[D];北京交通大学;2011年

10 赵海;横风中高速铁路声屏障对列车气动性能和动力学性能影响研究[D];西南交通大学;2013年

，

本文编号：638250