突变风作用下高速列车曲线通过安全性研究

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列车通过曲线段时,轮轨之间的力学性能与直线段相比会发生改变,动力学系数也随之改变。在风载荷作用下,列车通过曲线时轮轨力发生更复杂的变化,列车可能出现脱轨或倾覆的安全事故,因此,研究列车在风载荷情况下轮轨之间的力学性能,分析风载荷对力学性能影响规律,确定安全限速方案,对预防大风造成的列车安全事故具有重要意义。本文运用数值方法对CRH某型高速列车受突变风影响进行了研究,分析了列车气动性能和周围流场,研究了列车在不同线路条件(平地、路堤、桥梁)下以不同行驶速度时的气动载荷的时域特性及频域特性,也简要分析了侧风突变特性对气动载荷和列车周围流场的影响。将气动模拟结果以函数的形式加载到动力学软件中实现流固耦合仿真,根据车辆多体动力学理论研究列车受突变风影响时列车曲线通过安全性,根据车辆多体动力学理论研究列车受突变风影响时列车曲线通过安全性,分析了风向、曲线半径、缓和曲线及行车速度对车辆动力学的影响;最后以脱轨系数和轮重减载率对列车曲线通过安全性进行了分析和评估。研究结果表明,通过比较平地上相同极值速度的突变风和恒定风,可知列车的气动载荷相差最高达81.3%,且车速越高差值越小;相同车速下,列车的气动载荷在平地上最小,路堤的升力极值与平地的最高相差769.8%,桥梁的与平地最高相差467.6%;路堤的横向力极值与平地的最高相差71.5%,桥梁的与平地最高相差54.9%;路堤的倾覆力矩极值与平地的最高相差83.7%,桥梁的与平地最高相差118.6%。不同线路条件下列车的非定常气动载荷功率谱密度峰值的分布频率均在集中在0.125Hz~0.75Hz范围内,与列车系统本身固有振动模态分布频率分布相近,可能发生共振而导致列车失稳。在突变风作用下,列车在平地曲线上通过安全性最好,其次是路堤、桥梁,而路堤和桥梁的近风侧安全系数要高于远风侧,平地上的行车速度最高可以达300km/h且可以安全通过任意半径的曲线,路堤上的行车速度可以达250km/h通过某些曲线,而桥梁上的行车速度可以达200km/h通过某些曲线。
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