建立了某头型的1∶8缩比三车编组气动噪声仿真模型,采用大涡模拟获得车身湍流脉动压力,基于FW-H方程和声扰动方程分别获得远场噪声和近场噪声,从而建立一整套头型气动噪声预测方法.远场测点总声压级的仿真结果与风洞试验结果相差小于2.0dB(A),频谱变化趋势相同,量级相差较小,表明基于FW-H方程得到远场噪声的可行性.基于声扰动方程能够获得头型关键部位的总声压级,通过对比量级发现,转向架部位总声压级量级远大于其他部位,这与传声器阵列识别结果相吻合,从而验证了声扰动方程获得近场噪声结果.对比头型各部位湍流脉动总压力级和总声压级发现,转向架和排障器量级大于车窗、鼻锥和车体;与湍流脉动总压力级相比,总声压级分布更为均匀,量级更小.

基于高速列车初始外形的参数化设计,针对各个优化目标建立对应的基于交叉验证方法的Kriging模型;为保证预测精度且尽量减少加点数量,基于最优解点和预测标准差最大点的2点加点准则,利用多目标优化算法得到满足约束条件的Pareto最优解集;利用测试函数验证优化设计方法的可靠性。以3辆编组高速列车为例,以整车气动阻力系数、流线型部分容积、尾车气动侧向力系数和尾车倾覆力矩系数为优化目标,以鼻锥厚度、鼻锥引流、鼻锥高度、车体宽度、司机室视角和排障器形状为设计参数,进行横风环境下高速列车的外形优化。结果表明:多目标优化算法可应用于高速列车头型的优化设计;利用各设计参数与优化目标的作用规律,可指导高速列车头型的工程改进设计。

基于气密性时间常数的概念,给出了由车外压力变化计算车内压力变化的方法。以动车组通过隧道时实测的车外压力数据为基础,采用该方法对不同气密性车体的车内压力变化进行计算,得到车辆的动态时间常数。采用该方法分别得到了密封车体和非密封区域的最大内外压差与气密性指标的变化规律,并分别给出了密封车体和非密封区域最大内外压差的近似公式。

噪声严重影响人的身心健康,列车速度提高后,气动噪声问题更加突出。研究表明高速列车气动噪声幅值主要受到列车截面突变的影响,而引起这一突变的主要因素是受电弓、转向架等设备。高速列车转向架作为气动噪声产生的主要源头,将是高速列车主动降噪的关键位置。研究高速列车转向架气动噪声特征,认识气动噪声变化的规律,进而采取有效措施控制控制和降低气动噪声幅值,能够有效提高铁路沿线及车站附近居民的生活幸福指数。本文应用数值模拟的方法计算了带有架悬式牵引电机和体悬式牵引电机的动力转向架、无动力转向架的气动噪声,对气动噪声幅值与列车运行速度的关系及变化趋势、驱动装置对转向架气动噪声幅值的影响进行了分析。

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...

基于Lighthill声类比理论分别求解高速列车气动噪声的产生和传播过程,首先由RNG k-ε湍流模型求得流场的稳态计算结果,之后采用大涡模拟和FW-H方程对比直立与半圆形声屏障降噪性能的差异,通过建立包含3节车编组的CRH380A型高速列车和2种声屏障在内的仿真模型,研究声屏障几何形状的改变对声学性能及降噪能力产生的影响。结果表明:圆心角为180°的半圆形声屏障在测点处的平均插入损失较大,同时对气动噪声的降噪需求有着良好的匹配,综合声学性能较传统的直立声屏障更优;缩小圆心角会导致半圆形声屏障的降噪能力相应降低,其插入损失在圆心角由180°减至120°的过程中呈现明显的下降趋势,之后的降幅相对较小,圆心角为30°的半圆形声屏障降噪效果已与等高的直立声屏障类似。

为研究高速列车受电弓安放位置和受电弓导流罩嵌入车体高低对气动噪声的影响,基于计算声学理论,建立高速列车气动噪声模型。高速列车模型采用四节编组,包括头车、两节中间车和尾车。受电弓分别安放于02车一位端、02车二位端和03车一位端,并考虑受电弓的开/闭口方式。研究结果表明:沿列车长度方向,受电弓分别安放在02车一位端、02车二位端、03车一位端的受电弓导流罩区域的气动噪声最大声压级呈减少趋势,且这种减小趋势与受电弓开闭口方式无关;受电弓导流罩安放在同一位置时,受电弓以闭口方式运行的受电弓导流罩区域声压级均小于开口方式,最大声压级相差1.1 dBA;采用dlz3模型(受电弓导流罩与车顶表面平齐)的气动噪声性能最优,最大声压级减小2.3 dBA。

本研究通过延迟分离涡模拟(DDES)方法研究了不同的受电弓参数和列车长度对高速列车气动阻力的影响,其中列车的几何形状选择带有受电弓的高速列车和具有3、5、8、10、12、16和17辆车不同编组数的高速列车,数值计算结果通过风洞试验得到验证,其数值计算结果与风洞试验结果相差3.6%。分析了编组数以及受电弓的位置、数量和结构对高速列车周围流场和尾涡流的影响,中间车的空气阻力沿空气流动方向逐渐减小,而受电弓的空气阻力随其向后移动而减小,其中第一个受电弓的空气阻力减小得十分明显,随着受电弓数量的增加,其对后面车辆的空气阻力减小的影响更加明显。本文还提出了带有受电弓的高速列车气动阻力的工程应用公式。对于10车和17车编组的列车,应用公式和仿真结果之间的总空气阻力差异分别为1.2%和0.4%。本研究中提出的工程应用公式可以很...

针对复杂服役环境交变气动载荷下高速列车底板-铆钉结构的疲劳损伤问题,提出基于服役气动载荷-铆钉结构应力分布的疲劳载荷谱编制及损伤评估方法。首先,建立列车底板/铆钉/梁板有限元模型,分析不同方向气动载荷下底板弯曲效应对铆钉结构强度的影响机理,获取气动载荷-铆钉应力的非线性传递因子;然后在列车底板布置气动差压测点捕捉底板服役气动载荷谱;最后,结合服役气动载荷谱和非线性传递因子编制铆钉结构的动应力载荷谱,基于雨流计数和Miners累积损伤准则建立铆钉结构二维八级载荷谱,并采用第四强度理论应力准则进行疲劳损伤评估。研究结果表明:在交变载荷下,高速动车组达到服役寿命960万km时,铆钉结构2个危险点在3个分区气动载荷及平均气动载荷作用下的疲劳总损伤分别为0.64,0.53,0.56,0.51和0.19,0.52,0.36,0.13。疲劳总损伤达到1.0,即认为铆...