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原文传递复杂工况下铁路货车篷布受力综合试验与分析

论文题名：	复杂工况下铁路货车篷布受力综合试验与分析
关键词：	货车篷布;实车试验;数值模拟;受力综合试验;铁路货物运输
摘要：	货车篷布是铁路货物运输的重要工具之一，在我国铁路运输中占有重要的地位。随着铁路客货列车运行速度的进一步提高，传统的篷布苫盖方式和篷布类型已经不能满足铁路提速的要求，为适应铁路客货大提速的需要，新型篷布、篷布绳索和篷布绳网大批量投入实际运营，新型材料的采用及其结构的改变，使其受力情况发生变化，需要提出新型篷布、篷布绳索和篷布绳网标准和技术条件。目前我国铁路篷布、篷布绳索和篷布绳网标准和技术条件主要依据国外相关标准和现场经验制定，迄今为止，国内外相关学者从未对复杂工况下铁路货车篷布受力情况进行过系统研究和综合试验。面临我国铁路货运的快速发展，亟待对复杂工况下铁路货车篷布、篷布绳索和绳网的受力情况进行全面分析和评估，为制定符合我国铁路运输实际的篷布、篷布绳索和篷布绳网技术指标和安全运行条件提供依据。　　本文通过实车试验和数值模拟计算相结合的方法，首次对复杂工况下铁路货车篷布、篷布绳索和绳网受力进行综合研究。主要研究工作如下：　　 1、实车试验研究　　 (1)开发了一套货车篷布、篷布绳索和篷布绳网气动力实车测试系统，实现了复杂工况下铁路货车篷布受力的实时测量；通过实车试验得到了货车篷布绳索、绳网在复杂工况下（包括通过大风地区、明线运行和交会、通过隧道和隧道内交会）的气动拉力和篷布应力，为制定篷布、篷布绳索和篷布绳网技术指标提供了科学依据；　　 (2)得到货物装载方案、苫盖篷布类型、列车运行速度、横风风速、隧道断面、隧道长度及挡风设施对篷布、篷布绳索和篷布绳网所受气动力的影响规律。　　 2、流场数值模拟研究　　 (1)首次采用零厚度壁面模拟货车篷布，建立了各种复杂工况下篷布内外空间三维流场计算模型；得到货车在不同运行工况下篷布受到的气动升力，为进一步开展篷布强度计算提供依据；　　 (2)得到了货车在大风地区运行时，货车运行速度、横风风速、货物装载高度、货物装载形状、货物沉降以及挡风设施对篷布气动力的影响规律；得到了货车通过隧道及隧道内交会时，货车运行速度、交会客车速度以及隧道断面面积对篷布气动力的影响规律；得到了货车明线运行及与客车明线交会时，货车运行速度以及交会车速度对篷布气动力的影响规律。　　 3、篷布结构强度研究　　 (1)建立了空气动力效应影响下的篷布结构强度分析模型，推导出索膜结构强度分析的索、膜非线性有限元求解方程。采用三角形等参膜单元模拟篷布，采用空间两节点索单元模拟篷布绳索，建立了索膜结构载荷分析模型；　　 (2)采用基于计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)的准静态耦合方法对货车篷布强度进行了详细的受力分析。首先通过流场数值模拟技术得到复杂工况下货车篷布表面压力分布；其次通过所建立的篷布索膜结构强度计算模型，以篷布表面压力分布为加载载荷，运用非线性有限元分析方法对不同运行工况下的篷布气动载荷强度进行数值模拟计算；得到了泊松比、篷布绳索预张力、横风风速、货车速度以及交会客车速度对篷布强度的影响规律；　　 (3)采用索膜结构分析理论对不同运行工况下的篷布强度进行校核，当货车160km/h明线运行和通过隧道、与动车组250km/h在明线和隧道内交会时，无绳网篷布所受最大主应力小于篷布许用应力，满足篷布安全运行要求；货车120km/h速度在大风地区运行，横风风速小于41.4m/s时，采用双层焊接结构的无网篷布所受最大主应力小于篷布许用应力，满足篷布安全运行要求；货车120km/h速度在大风地区运行，横风风速小于54m/s时，采用双层焊接结构的有防风网篷布所受最大主应力小于篷布许用应力，满足篷布安全运行要求。
作者：	熊小慧
专业：	载运工具运用工程
导师：	梁习锋
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文