【摘 要】
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如今,高速铁路已成为了我国一张闪亮的“国家名片”。随着交通运输行业的迅速发展,高速铁路也逐渐向深海、山区延伸,相应地铁路桥梁的跨度也越来越大。列车在行驶过程中,尤其是在桥上行驶过程中面临的风场环境更为复杂多变,而如何保持高速列车在行驶过程中的安全性与平稳性则是研究人员需要重点关注的问题。强风不仅可能对桥梁结构产生不利影响,也可能对桥上车辆的行驶安全造成威胁。因此,对桥上列车的气动特性进行研究不仅具
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如今,高速铁路已成为了我国一张闪亮的“国家名片”。随着交通运输行业的迅速发展,高速铁路也逐渐向深海、山区延伸,相应地铁路桥梁的跨度也越来越大。列车在行驶过程中,尤其是在桥上行驶过程中面临的风场环境更为复杂多变,而如何保持高速列车在行驶过程中的安全性与平稳性则是研究人员需要重点关注的问题。强风不仅可能对桥梁结构产生不利影响,也可能对桥上车辆的行驶安全造成威胁。因此,对桥上列车的气动特性进行研究不仅具有理论意义,更具有实际的应用价值。气动导纳函数作为由脉动风谱到抖振力谱的传递函数,是风-车-桥系统耦合作用精细化分析理论的重要支撑,同时也是确保列车运行安全性和平稳性的重要因素。本文基于计算流体力学软件,识别了桥上列车的气动导纳函数,对比分析了不同因素对桥上列车气动导纳的影响,具体研究内容包括以下方面:(1)利用谐波合成法模拟了顺风向和竖向脉动风速时程,并基于脉动风功率谱、紊流强度和紊流积分尺度三个要素对CFD计算域中的风场自保持性进行了检验。开展了理想平板升力气动导纳的计算,其结果与Sears函数吻合较好,验证了本文CFD计算气动导纳方法的可行性和准确性。(2)开展二维桥上列车断面气动导纳计算,并考虑了来流种类、平均风速、桥梁和列车位置四个因素对于列车气动导纳的影响。结果表明:正弦风输入和脉动风输入下的列车升力气动导纳在低频段取值较为接近,而高频范围内前者取值要小;平均风速大小对于阻力和升力气动导纳的影响较小;桥梁对列车气动导纳的取值有一定的影响;迎风侧列车和背风侧列车的气动导纳幅值有略微的差别。(3)开展了三维列车模型气动导纳的研究,首先对比分析了三维列车中车与二维气动导纳的结果。结果表明:三维阻力和升力气动导纳均略低于二维情况,直接用二维导纳替代三维导纳会使抖振力计算结果趋于保守;列车移动速度对整车的三维气动导纳的影响较为明显,各折算频率下的取值有一定的差异;开展了头车、中车和尾车的气动导纳对比研究,在同一车速下不同车体的气动导纳取值各不相同,且车速的增大会使得升力导纳高频部分的差异性更为明显。因此,研究列车的气动导纳必须考虑列车车速的影响。
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