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高速列车的横风效应及动力学性能研究
| 论文题名： | 高速列车的横风效应及动力学性能研究 |
| 关键词： | 高速列车;横风效应;空气动力学;车辆轨道;数值模拟 |
| 摘要： | 高速运行的列车在遇到横风时，其空气动力学性能和运行稳定性将发生显著改变，列车产生倾覆或脱轨的危险性大大增加。因此，需要深入研究高速列车的横风效应问题，以便为采取有效方法保证高速列车的运行安全及提高列车运行的平稳性提供依据。本文以CRH型高速列车的真实原型为研究对象，对其空气动力学特性和运行稳定性进行了分析。 针对复线路堤和平地两种线路条件，基于三维、定常、不可压Navier-Stokes方程以及k-ε两方程湍流模型，利用CFD软件STAR－CCM+，对高速列车受到横风作用时的气动特性及外部流场进行了数值模拟计算。分析了高速列车在路堤的远风侧和近风侧轨道上以不同车速在横风中运行时的表面压力分布、外流场压力分布和速度场分布，以及各气动作用力系数随车速和风速变化的规律，指出了列车在远风侧和近风侧工况下气动特性的不同。并且，对列车在复线路堤和平地两种线路上运行的横风效应进行了对比分析，掌握了两者规律的异同。 同时，将使用STAR－CCM+软件计算所得到的列车横风气动作用力加载到列车上，结合车辆轨道动力学，基于Kalker非线性滚动轮轨接触理论和京津线轨道谱，应用多体动力学仿真软件SIMPACK建立了CRH型高速列车的车辆轨道多体动力学模型。通过仿真计算，得到了列车在不同运行速度和横风风速下的脱轨系数、减载率、轮轨横向力和轮轨垂向力等动力学性能参数，并根据有关高速列车车辆轨道动力学的规范对列车在不同车速和风速下的运行稳定性进行了分析和评估，探讨了列车在横风作用下的安全限速问题。 本文工作对CRH型高速列车在复线路堤上运行的空气动力学问题和稳定性问题的研究有一定借鉴作用，对高速铁路的防风安全工程和列车安全运行控制有一定的参考价值。 |
| 作者： | 马小云 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 毛军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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