以一斜拉桥研究对象,计算了桥梁下部结构的波浪荷载。通过ICEM生成车桥的混合网格,在Fluent中计算了不同风浪组合下系统的气动荷载。利用Ansys和Simpack建立车-桥耦合模型,将风浪荷载以时程输入,研究不同组合下列车和桥梁动力学指标的变化规律。结果表明当风速和车速一定时,随着波浪荷载重现期的增大,车桥系统的安全性与舒适性降低。列车的脱轨系数和轮对横向力随波浪荷载的变化最明显;桥梁跨中的竖向位移以及加速度与无波浪荷载相比变化较小,而横向指标则随之逐渐增大;当波高和车速一定时,系统的各项动力指标随着风速的提高均明显增大。列车的脱轨系数和轮对横向力的变化幅度最大;桥梁跨中竖向位移在风速达30 m/s时发生突变,而竖向加速度从无风环境到有风环境时发生突变,桥梁横向动力指标则随风速增大而显著增大。

建立不同模型尺度的高速列车气动噪声数值计算模型,利用改进的延迟分离涡模拟方法(IDDES)和FW-H声学模型对高速列车近场流场和远场噪声进行数值模拟。通过风洞试验验证了本文数值计算方法的合理性。对比分析不同模型尺度下高速列车的气动力、流场结构、表面压力脉动以及远场噪声。结果表明模型尺度对高速列车的气动行为和声学行为具有明显影响。随着模型尺度的减小,高速列车的气动阻力系数逐渐增大,模型尺度从1∶1减小到1∶8时,阻力系数增加11.3%。模型尺度对列车黏性阻力系数和尾车分离的尾流高度影响较大,但不改变列车表面压力分布规律和车体表面边界层的发展规律。列车表面压力具有明显的非定常性,随着模型尺度的减小,脉动压力的振荡程度减弱。模型尺度的变化未改变高速列车在远场纵向和横向上的传播特性,随着模型尺度的减小,对

针对高速列车不断提速导致气动噪声急剧增加产生的环境噪声污染问题,通过建立复兴号高速列车受电弓气动噪声分析模型,利用RNG k-ε模型、大涡模拟及FW-H声类比法对复兴号受电弓进行气动噪声源特性、远场噪声传播规律、频域分布规律进行研究。数值模拟结果表明整车最大噪声源部位为受电弓的弓头;受电弓的远场气动噪声在其质心指向弓头方向最大,远场气动噪声与传播距离的对数线性相关;受电弓气动噪声的频域较宽,分布在25~6000 Hz范围内,主频在145~315 Hz之间。根据研究结果,对主要噪声源即受电弓弓头进行仿生降噪研究,考虑高速列车双向运行特性,在碳滑板和圆杆上施加前后对称椭球状凸起结构,当碳滑板凸起60 mm、圆杆凸起10.5 mm时,降噪效果最明显,在7.5 m远处整车总声压级降低了2.56 dBA。

为降低高速列车受电弓部位的气动噪声,对受电弓底部空腔采用射流降噪的主动控制方法。建立高速列车纯空腔射流参数化模型,选用合适的数值模拟方法对参数模型进行流场和声场的对比分析计算,在保证空腔后壁面阻力系数尽量小的情况下,得到使空腔远场降噪效果最佳的射流方式。根据射流设计变量与相关力系数、远场噪声等优化目标之间的非线性关系,选用支持向量回归-多目标遗传优化设计算法,对已有的数值计算样本进行多目标寻优设计,获得一系列Pareto最优射流方式。结果表明空腔射流流量与流场、声场变化无明显线性关系,射流位置在空腔壁面偏上位置时降噪效果更好;受电弓空腔固有频率与声场峰值频率范围不同,避免了声腔共振的问题。研究空腔射流对受电弓的影响,发现受电弓弓头升力系数不受射流影响,并且降噪效果优于纯空腔射流,整体最

为探索高速列车气动减阻新方法,采用基于Realizable k-ε的数值计算方法探索在列车尾部不同位置以不同速度射流对列车周围湍流流场和气动阻力的影响规律。研究结果表明在列车等截面车身和流线型尾部过渡位置(位置1)和尾车挡风玻璃上方流动分离位置(位置2)设置射流具有明显的减阻效果;当射流速度小于0.12倍车速时,位置1射流具有最佳减阻效果,整车减阻率高达4.88%(射流速度为0.05倍车速);当射流速度大于0.12倍车速时,位置2射流减阻效果更显著,减阻率在0.2倍车速时达到最大,整车减阻率达2.99%;不同列车运行速度下,各位置以不同速度射流对列车气动阻力的影响规律一致,但减阻率随列车运行速度的增大呈减小趋势。

龙卷风是特异风灾害之一,常导致基础设施严重损毁,对其易发区高速铁路的安全运营有潜在威胁。为研究龙卷风作用下列车-桥梁系统气动特性,采用计算流体力学手段,开展车-桥系统龙卷风作用分析。首先,建立典型龙卷风发生装置数值模型,实现龙卷风流场数值模拟;其次,建立CRH2高速列车模型和典型铁路桥梁节段模型,开展横风作用下车-桥系统气动特性数值分析,并与风洞试验的结果进行对比,验证模型的合理性;最后,将车-桥模型嵌入龙卷风数值风场中,分析车-桥系统在龙卷风作用下的气动特性,研究列车在穿越龙卷风时所受侧力及倾侧力矩的变化规律。结果表明,龙卷风作用下车-桥系统气动性能呈现明显的三维特征,龙卷风涡旋气流的流线和风压分布受车-桥系统影响显著;龙卷风内部形成了负压场,在车-桥系统的影响下,内部负压区向外扩大,压力等值线沿着车

为研究横风作用下路况场景对高速铁路列车气动力特性影响的规律,基于风洞动态测压试验和PIV粒子成像技术,测试得到位于平地、路堤和高架桥上列车表面风压分布和气动力,获得列车周围流场分布特性,讨论路况场景和线路布置形式对列车气动力特性影响,分析列车表面绕流及旋涡特性,探究其风荷载规律特性。研究表明列车位于高架桥时气动侧力系数大于另外两种路况,而气动升力系数小于其他工况,平地和路堤上气动系数差别并不太明显;桥梁的干扰导致列车迎风面顶部前缘极值负压绝对值及其影响区域大于其他工况;沿车头到车身形成的旋涡可能是影响列车表面风压和气动力特性的主要因素,车身背风面涡对是导致高架桥上列车侧力系数较大的重要原因。

根据实验得出磁流变液流变学参数,建立磁流变液剪切应力的误差函数,利用多参数优化理论和数据拟合方法对Eyring本构模型的参数进行辨识;针对传统环形阻尼通道磁流变液减振器磁场利用率不高、能耗较大的问题,结合轨道车辆抗蛇行减振器的技术要求,提出一种基于多级径向流动模式的磁流变液减振器,根据流体力学建立磁流变液准静态径向流动的控制微分方程,利用艾林（Eyring）本构模型推导出径向速度随通道半径的理论分布和径向压力随通道半径理论分布,得出减振器阻尼力的计算方法。为验证理论分析的合理性,按照轨道车辆抗蛇行减振器的技术条件,设计制作了基于多级径向流动模式的磁流变液减振器,并利用J95-I型油压减振器试验台对磁流变液减振器进行示功特性测试,比较理论阻尼力与实验阻尼力的变化规律,分析产生误差的主要原因。实验表明：