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基于高斯过程的标准动车组车体气动性能评价
| 论文题名： | 基于高斯过程的标准动车组车体气动性能评价 |
| 关键词： | 高速铁路;车体曲面设计;动车组模型;气动性能;高斯过程 |
| 摘要： | 我国高速铁路网的逐渐建成，大幅度提升了列车速度，车辆自身的舒适性、安全性以及运输经济性需要从技术角度得到保障。列车运行过程中会产生气动效应，气动效应会影响列车运行的速度、舒适度和安全性能，因此研究高速列车气动性能就成了必然的选择。目前，各领域的专家学者采用试验、数值仿真等方法研究高速运动物体的空气动力学问题，其中数值模拟仿真相对于其它试验方法，用时短，成本低，便于操作，可以提高工作效率。本文用模拟仿真对明线运行的动车组进行气动性能分析和评价。 第一，采用混合建模方法，借助CATIA软件环境，构建了动车组仿真模型。混合建模方法包括传统建模方法和NURBS理论建模方法。传统建模方法具有建模效率高的特点，NURBS理论建模方法可以保证复杂曲面的曲面质量。采用B样条曲线创建头车车厢和司机室的截面形状，通过一系列命令完成车厢和司机室建模，保证建模的高效性;鼻尖部分采用NURBS理论建模方法，创建鼻椎曲面的主流线，经过加密控制线形成网状结构的小空间，再对各个空间进行填充，完成鼻椎部分建模，保证复杂曲面的质量。最后在“Assembly Design”模块中完成模型的装配，构建完整的动车组仿真模型。 第二，运用流体分析软件STAR-CCM+对明线运行的动车组模型进行仿真模拟。计算分析的动车组模型进行简化并采用3编组，采用不可压缩N-S方程为控制方程和标准K-ω湍流模型。为了提高计算精度和计算速度采用Trimmer工具和Prism Layer Mesher工具划分网格。仿真模拟不同动车组模型，分析计算气动阻力和气动升力。本文重点介绍运行速度为350km/h、长细比为4.8动车组模型的仿真，其仿真结果是鼻尖最大压力值为5552.0pa，气动阻力为17794.3N，头部气动升力为-10468.31N。 第三，根据高斯过程原理评价预测动车组车体模型的气动阻力和气动升力，用以辅助传统模拟仿真分析。文中采用高斯过程回归方法建立评价预测模型，通过交叉验证获得较为合理的气动性能与外形的关系，用误差率和残差说明了评价模型的可靠性和合理性，残差可以看做是近似服从均值为零、方差为某常数的正态分布。 第四，为了验证评价模型的合理性，用方案13动车组模型仿真结果进行验证。针对影响气动性能的因素进行修改，因素包括车体纵断面形状、长细比、车体断面面积等。最后对该模型进行仿真，与评价预测结果进行对比，采用误差率验证评价预测结果。 |
| 作者： | 冯敏 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 武福;李忠学 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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