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原文传递铁路货车的散体货物、流体货物动压力研究

论文题名：	铁路货车的散体货物、流体货物动压力研究
关键词：	铁路货车;散体货物;铁路运输;流体货物
摘要：	铁路运输在我国国民经济和在综合运输网络中具有其他运输方式难以替代的巨大作用。随着货运重载化和运行速度加快，其行车安全是人们关注的重点，因而对行车安全性能的研究具有重要的现实意义。本文以敞车和罐车为研究对象，探讨敞车中散粒体和罐车中流体货物对车体的动压力和冲击力，为制定合理的运行参数和设计制造出满足要求的列车提供参考数据，主要研究成果如下：在经典主动土压力水平层分析方法的基础上，提出了计算散粒货物对敞车侧壁的静压力影响规律的理论模型，并采用Matlab编程数值求解该理论模型。求解结果显示，散粒体对敞车侧壁压力分布呈半弓形，特别是较低高度时与经典库仑土压力分布区别较大。为了进一步验证模型，建立了敞车散粒体有限元模型，模拟结果显示，散粒体对敞车侧壁压力分布与理论计算结果接近，随着散粒货物与敞车之间的摩擦角δ值的增加，主动压力减小，作用点高度增加；随着散粒货物内摩擦角φ值的增加，主动压力减小，作用点高度减小。砂性土或粘性土的变化规律相同；θc值反应曲线破裂面形状，θc越小，破裂面越陡(接近直线)。随着δ值的增加，θc变大；随着φ值增加，θc变小。建立了动态状况下的散粒体对敞车侧壁动压力计算模型，分析了砂子、小麦、水洗煤对敞车侧壁的动压力，并讨论了δ、φ、θ变化时对动压力的影响。采用颗粒流法进行模拟验证，模拟计算了在装运不同货物、不同运行工况下敞车所受到的侧压力，并将结果与库仑土压力的结果进行比较分析。结果表明敞车所受的静、动侧压力与库仑土压力公式计算的结果相近但不同，端、侧墙的压力分布均为非线性分布，侧压力作用点高度也不是H/3处，而且与列车和货物的特征参数有关，与运行工况有关。具体表现为：随着散粒货物内摩擦角的增大，静态侧压力减小，作用点高度减小；动侧压力增加，作用点高度减小。随着车体与散体之间摩擦角的增加，静态侧压力减小，作用点高度增加；动侧压力增加，作用点高度增加。随着冲击速度的增加，动态侧压力增大，作用点高度增加。而且出现最大侧压力的时间也与货物参数及不同工况参数有关。实现了动态下的罐车内基于VOF模型的气液两相流的数值模拟，该模拟方法直接应用在流体对罐车动侧压力的研究。罐车在运输液体货物时的运行状况和动态响应的计算结果表明，罐车受到制动后，由于液体冲击，在动侧端产生较大压力，该压力一开始快速增大，达到最大值后，反复振荡衰减。罐车冲击端的受力大小与其制动初始速度关系密切，在一定的初始速度范围内，冲击端的受力与制动初始速度基本上成正比关系，但制动速度大小对于罐车中液体介质晃动的最大幅度影响不大。冲击端受力峰值出现的时间与冲击初始速度、液体物理性质、所载运液体的量等参数有关。在罐车内增加挡波板有利于减弱罐车内的液体波动，使得动侧压力在冲击初期就相对较小，有利于提高罐车的运行安全。
作者：	何华
专业：	载运工具运用工程
导师：	田红旗
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文