用锆钛酸铅（PZT）陶瓷制成超声换能器向结构体中发射超声波，以实现结构损伤的在线无损检测．针对混凝土结构损伤中主动超声检测的技术特点，研制了一种基于PA96的PZT高压大功率驱动放大电路，详细说明了该电路的设计原理、性能及影响因素．实验结果表明，该功率放大电路具有输出电压高、频带宽、驱动力强、稳定性和线性度好等优点。可满足超声波发射系统中超声波发射驱动的要求．

对混凝土内部微裂缝的形成机理及其控制因素进行了较为系统的分析讨论，并对混凝土单轴受力时非线性力学性能作了初步的探讨，提出混凝土的细现缺陷的形成机理及其宏观非线性力学性能的研究将对混凝土结构设计理论和方法产生深远影响。

针对铁路单层集装箱表面结构单一、气动阻力特性差等问题,本文设计了适用于集装箱的三角形、梯形、弧形和矩形表面形式沟槽结构.利用ANSYS Fluent软件,采用基于Realized k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对比了4种不同表面形式沟槽的集装箱列车模型的气动阻力,结果表明明线情况下,弧形沟槽结构集装箱列车气动阻力最小;不同表面形式沟槽结构的集装箱列车所受的气动阻力差异主要来自于集装箱;集装箱的压差阻力贡献了主要的气动阻力,弧形沟槽结构集装箱压差阻力最小,而摩擦阻力最大.

为了研究横风对高速磁浮列车运行安全的影响,本文基于三维、定常、可压N-S方程,对不同风向角作用下高速磁浮列车在复线高架桥运行的气动特性进行数值计算,并对列车表面压力、周围流场及气动力进行分析.结果表明(1)风向角越大,列车车体两侧的压差越大.(2)当风向角为0°时,尾涡具有明显的对称性,且强度及尺度都较小;当风向角为90°时,尾涡呈现明显的非对称性,且强度和尺度较大.(3)当车速一定时,列车气动载荷基本随风向角增大而增大,头车侧向力最大,尾车升力最大.气动力的最不利风向角范围集中在60°~90°.本文研究结果可为提高磁浮列车大风环境下安全运行提供理论指导和技术支撑.

为研究桥上动车组穿越复杂峡谷地形时的横风气动特性,本文以CRH6型动车组为研究对象,基于三维、粘性、不可压缩的N-S方程和κ-ε湍流模型,采用滑移网格技术,耦合高架桥、横风和车速,计算复杂三维峡谷地形下动车组的气动载荷.研究结果表明列车表面压力在流线型头部有显著变化,压力最大值出现在列车头部鼻端点区域;随着车速和横风风速的增加,压力最大值、整车侧向力、升力和倾覆力矩均呈现增大的趋势;对比分析发现,列车穿越峡谷中时,整车侧向力、升力和倾覆力矩都达到最值,且横风风速增大对列车气动力特性的影响远远大于车速增大对列车气动力特性的影响.本文研究结果可为复杂峡谷地形条件下的桥上动车组安全平稳运行提供理论依据.

为研究高速列车过隧道时的气动效应问题,本文建立了基于结构网格和Cartesian网格的融合网格生成策略,提出了基于全叉树数据结构的融合网格生成方法,开发了一种具有移动边界条件的自调节Euler方程数值求解器.采用流动方向上单位压力变化的反馈绝对值作为网格自调节的控制参数,实现了动边界条件下流场网格的自动加密与稀疏.基于上述求解器对高速列车通过隧道场景进行了数值分析,获得了隧道壁面关键部位测点的压力变化数据,还进行了相同条件下的高速列车动模型试验.试验对比结果表明,求解器计算与模拟试验结果基本吻合.本文发展的网格生成策略以及动边界条件下的Euler求解器具有较高的数值精度,是面向高速列车动边界问题数值求解的一个较好选择.

采用动模型试验测试隧道表面和动车组车体表面测点的时程压力,验证雷诺平均方程应用于计算列车通过隧道空气动力学的有效性,结果表明数据误差满足精度要求.基于验证后的仿真算法,建立高速动车组在最不利长度隧道内交会的三维几何模型,计算高速动车组转向架的气动力,进而分析其变化规律.计算结果及分析表明尾车转向架6的阻力最大,其阻力的最大值和幅值与速度的二次方成正比关系;头车转向架1和尾车转向架6的侧向力最大,其侧向力极值和幅值与速度的二次方成正比关系;头车转向架2的升力极值最大;当动车组低速交会时,各转向架的垂向力幅值差别不大,但当动车组运行速度超过250 km/h,转向架位置越靠前其垂向力幅值越大.

为研究高速铁路声屏障遭受下击暴流灾害时的气动安全特性,本文采用三维、不可压缩N-S方程和适用于风场模拟的RNG k-?湍流模型,对铁路声屏障在下击暴流风场不同径向位置下的流场分布和气动载荷变化进行数值计算分析.结果表明随着距风场径向距离的增加,近风场中心侧声屏障的侧向力呈现先增大后减小的趋势,当声屏障位于1倍风场直径时所受到的侧向力最大;背风场中心侧声屏障侧向力在位于0.75倍风场直径位置后由正向变为负向,但其侧向力绝对值仍在1倍风场直径位置时达到最大.沿声屏障长度方向,可依次分为中心段(下击暴流射流入口圈内)、过渡段(下击暴流射流入口圈边缘)和外围段(下击暴流射流入口圈外)3个区段,中心段监测单元受到气动载荷影响最为明显;随着下击暴流风速增加,两侧声屏障侧向力均逐渐增大,并与下击暴流风场风速的平方近似...

利用CATIA软件建立了城际列车4种不同的头部外形方案,并基于三维、瞬态、不可压的N-S方程和k-ε湍流模型,采用滑移网格技术,对这4种头型方案的流线型头部长度和纵向对称面最大控制型线变化对列车明线交会压力波及气动力的影响进行了数值仿真.计算结果表明:在外形变量相同的情况下,增加流线型头部长度和纵向对称面最大控制型线由外凸到内凹变化,均能有效改善列车运行时的交会性能;对比分析发现,4种头型方案中,方案4的明线交会气动性能最佳,其交会压力波、侧向力、升力和倾覆力矩比性能较差的方案1分别下降了11.57%、 7.40%、 8.19%和7.56%.

高速动车组客运专线多采用高架桥的形式,其沿线的强横风环境对列车运行安全影响较大,其中转向架是保证列车运行稳定的关键部件.本文以CRH2型动车组为研究对象,采用SIMPLEC算法和QUICK精度格式的数值算法对高架桥、横风和车速耦合作用下动车组转向架的气动载荷展开研究.计算结果及分析表明:转向架6阻力最大;转向架6的侧向力和升力变化规律特殊;转向架6的倾覆力矩数值最大,是所有转向架中最危险的一个;对于气动载荷中的倾覆力矩,当车速较低时,车速的影响敏感程度高于风速,当车速很高时,受风速影响显著.研究结果可为跨线运行高速动车组自适应转向架的设计提供理论依据.