列车交会压力波与运行速度的关系

随着列车速度的提高,列车交会时产生的瞬态压力冲击对行车安全、旅客舒适性均产生严重影响。根据多次实车试验结果和理论分析,将列车交会分为列车静止交会、等速交会和不等速交会3种工况,研究了3种工况的列车交会压力波与运行速度之间的关系,得到一系列回归关系式。研究结果表明:静止列车上的压力波与交会列车运行速度的平方成正比;两列车等速交会时,列车上的压力波幅值与两交会列车的运行速度和相对速度的平方成正比;两列车不等速交会时,高速列车承受的压力波幅值小于与之交会的低速列车所承受的压力波幅值;两列车等速交会时的压力波大于一方列车静止时交会的压力波。

列车空气动力性能与流线型头部外形

采用数值计算、动模型试验、风洞试验、实车试验和理论分析等方法,研究列车流线型头部长度、宽度、高度及耦合外形对列车交会压力波、空气阻力和升力的影响,得到一系列理论关系式。研究结果表明:①增加列车流线型头部长度,可以有效地改善列车空气动力性能,列车交会压力波随流线型头部长度增加而呈对数减小,头车阻力、升力绝对值均随流线型头部长度的增加呈线性减小,尾车阻力与流线型头部长度呈二次幂减小;②流线型头部纵向对称面最大控制型线从外凸到内凹,列车空气阻力、空气升力和交会压力波基本不变,减小鼻尖部位过渡曲线的曲率半径可以有效降低列车交会压力波;③流线型头部俯视最大控制型线为方形时产生的交会压力波最小,尖梭形的头车空气阻力和升力绝对值较小;④减小列车空气阻力和降低列车交会压力波,既矛盾又统一,列车气动头部外形设计需要综合考虑各种因素。

270km·h^(-1)高速列车气动力性能研究

根据风洞试验结果,分析即将投入运营的我国270km·h-1高速列车气动力性能,研究各种外形对其的空气阻力、升力和横向力的影响。研究结果表明,减小气动阻力方面单拱头形稍优于双拱头形;车体底部采用底罩结构其阻力、升力绝对值远小于采用裙板结构;在气动横向力方面,双拱头形稍微优于单拱头形,双拱头形列车横向力作用位置低于单拱头形列车,其横向稳定性较好。根据研究结果,确定出与列车运行速度相匹配满足列车空气动力学性能要求的列车外形。

强横风环境下棚车侧壁外形气动性能

强横风引起的气动横向力和气动升力是造成列车被吹翻事故的主要原因。空棚车由于其侧壁迎风面积大且质量轻,很容易在强横风作用下发生倾覆事故。采用流场数值计算方法,对垂直侧壁、弧形侧壁和外折形侧壁3种棚车外形方案,研究了横风作用下的棚车空气动力特性:气动横向力、升力和气动倾覆力矩。研究结果表明:车体受到的气动倾覆力矩主要是由气动横向力产生的;弧形侧壁和折形侧壁可以有效地改善车辆横向气动性能,降低车辆的气动倾覆力矩,提高车辆的稳定性;与垂直侧壁棚车相比,当车体宽度为3.2 m时,弧形侧壁和外折形侧壁棚车的气动倾覆力矩均可以下降21%左右,空载棚车倾覆临界风速可以提高2.7 m2.s-1。

列车空气动力性能研究及外形、结构设计方法

列车空气动力学是列车提速和发展高速的一门关键基础科学 ,流线型列车外形和结构设计及梁件加工在我国是一项新的工程应用技术。本项研究以改善列车空气动力性能为起点 ,最终落实到我国提速和高速列车产品研制 ,创建一套从列车空气动力性能分析到气动外形、结构设计及头部骨架梁件数控加工具有自主知识产权的产品研制方法。其研究成果已用于解决列车高速运行时出现的一系列空气动力学问题 ,并解决了流线型列车设计、制造等难题 ,目前 ,我国所有的流线型列车车体均用这套方法设计、制造 ,取得了显著的社会、经济效益 ,具有广阔的应用前景。同时 ,实现了流体力学、固体力学、车辆工程和机械设计制造等多学科交叉 。

列车交会压力波三维数值的计算

采用求解三维可压缩非定常 N- S方程的方法 ,对列车交会问题进行数值模拟计算 ,该方法可以用于解决两交会列车外形及运行速度完全不相同的流场数值计算情况。采用分区计算的方法解决同一流场区域内包含两相对运行列车的问题 ;用不断进行数据交换的方法解决列车与列车、列车与流场之间的相对运动问题 ;采用 CAD技术生成网格。同类情况下计算结果与试验结果比较相差小于 10 %。

列车交会压力波的影响因素分析

根据数值模拟计算、实车和风洞试验结果 ,研究了列车交会压力波与相对速度、绝对速度、速度比、线间距、列车外形 (断面形状、流线型头部长细比、头部纵剖面最大轮廓线和俯视图最大轮廓线 )以及列车编组方式等之间的关系。研究结果已在我国流线型车体设计上正式采用 。

准高速列车交会空气压力波试验研究

根据在广深准高速线上首次成功地进行列车交会压力波试验所得结果，本文分析了列车交会压力波幅值大小与列车运行速度、交会列车相对速度、线间距、车体截面形状、车头形状的关系，以及高速车对低速车的影响。

吸能列车与障碍物撞击过程的研究和分析

根据第二类Lagrange方程 ,导出轨道列车撞击动力学微分方程 ;对吸能列车与障碍物发生撞击事故的过程进行模拟 ;分析在撞击过程中各车辆产生塑性变形的程度、列车及各车辆的吸能情况以及参与产生塑性大变形的车辆数 ;确定出车辆间的撞击力、撞击作用时间、以及各车的速度、加速度等一系列参数 .研究结果为设计耐冲击吸能车辆及如何减少列车碰撞事故造成的损失提供科学依据 .

中国列车空气动力学研究进展

论述了列车空气动力学研究方法:数值模拟计算、风洞试验、动模型试验和在线实车试验;讨论了几种典型列车的空气动力性能:中华之星高速列车、双层集装箱货运列车、磁浮高速列车;建立了列车交会压力波、线间距、安全退避距离的理论关系式;研究了列车流线形外形与气动性能的关系:流线形头形、车身截面外形、列车编组方式、车体表面以及影响气动性能的受电弓导流罩、外风挡、底罩及裙板、导流板等主要部件,介绍了研制流线形列车车体的成套技术及全面推广应用情况;研究了隧道-列车耦合空气动力特性;论述了为既有线5次大提速、百里强风区的兰新铁路解决的列车空气动力影响行车安全问题。

“中华之星”高速列车综合空气动力性能研究

介绍了我国即将投入运营的“中华之星”高速列车空气动力性能研究过程:数值计算、风洞试验、动模型试验、在线实车试验;对两种不同头形的高速列车交会压力波、列车空气阻力、列车表面压力分布、气动升力、横向气动力、列车对周围环境的影响等空气动力性能进行了研究;分析了动力车冷却风道一位百叶窗空气流向、流速。结果表明,“中华之星”高速列车具有良好的空气动力性能,能够满足安全运行的要求。

中国高速轨道交通空气动力学研究进展及发展思考

总结了中国高速轨道交通空气动力学研究进程的起步、积累、发展、深化、提升和引领等六个阶段。论述了提出的以列车空气动力学、列车/线桥隧空气动力学、车/风/沙/雨/雪环境空气动力学、弓网空气动力学、人体空气动力学为主要内容的高速轨道交通空气动力学研究进展。包括发现探明了相关的形成机理、激化过程、响应特性、影响规律、减缓途径、改善措施,提炼出了一套基础理论,突破了系列关键技术,以及全面的工程应用。解决了空气动力制约高速铁路发展、恶劣风环境影响行车安全等关键科学技术问题。介绍了高速轨道交通空气动力学专用实验平台群,包括动模型实验系统、交变气动压力下人体舒适性/车体刚度/气密性综合实验装置、风/沙/雨/雪气动实验平台群、视觉检测系统、在线实车实验系统、兼用风洞群、数值仿真平台。最后讨论了正在开展的研究和进一步发展的思考。

中国恶劣风环境下铁路安全行车研究进展

介绍我国铁路恶劣风环境下正在开展的铁路安全行车方面的研究以及进一步开展的研究,主要包括:风环境下铁路安全行车综合研究方法,如数值计算、风洞试验、在线实车试验、理论分析等;大风环境下列车空气动力特性规律,如列车空气阻力特性、空气升力特性、空气横向动力特性、列车交会空气压力波、风—车—路—局域地貌环境耦合列车空气动力特性等;风环境下列车临界运行速度,如风特性、空气动力、机械动力作用下车辆倾覆稳定性、特殊风环境下的列车临界运行速度;恶劣风环境下铁路安全行车措施,如实施限速(即对风速-路况-车外型与载重不同组合下的列车安全运行速度限值)或停轮,设计合理的列车外形,设置挡风墙,建立铁路大风监测预警与行车指挥系统等。

列车交会空气压力波研究及应用

列车交会空气压力波是高速轨道交通特有的空气动力学问题,它对高速轨道运输行车安全、旅客舒适度均产生重大影响。讨论了列车交会空气压力波数值计算方法、动模型及在线实车试验技术,论述了非对称滑移网格技术。根据对我国提速,200km/h速度等级及其以上高速列车进行计算、试验和理论分析,建立了列车交会压力波与运行速度、复线间距、车体宽度、附面层、外形以及编组方式等之间的关系,讨论了列车交会行车安全评估方法,提出了我国既有线上各种列车车体和车窗结构承受瞬态交会压力冲击安全运行极限值。

风环境下的列车空气阻力特性研究

采用风洞试验方法研究大风环境下列车(由头车、中间车和尾车组成)空气阻力特性,得到风速、风向、列车速度与列车空气阻力之间的关系式。研究结果表明:顺风使列车空气阻力骤降,相当于大风对列车产生非常大的助推力;逆风使列车空气阻力增加,相当于大风对列车产生附加空气阻力。列车空气阻力随小角度风向角的增加而迅速增大,此时,头车空气阻力系数与风向角或风车速比均呈二次方关系增加,而中间车和尾车的空气阻力系数与风向角或风车速比均呈三次方关系增加;当风向角达到一定值时,列车运行速度、风速、风向耦合作用使列车空气阻力达到最大值,此后,列车空气阻力不仅不再随风向角的增加而增大,还有可能随其增加而降低。

基于服务需求、提高质量背景下加强研究生课程体系建设的思考与探索

立足新形势对研究生教育提出的新要求,分析了我国研究生课程体系的现状和问题,从长效制度机制、分类设计、资源共享、国际化、教学改革等方面介绍了中南大学研究生课程体系建设的思路与举措。

客运列车耐冲击吸能车体设计方法

为了减轻客运列车碰撞事故造成的损失 ,实现被动安全保护 ,对组成列车的动车、客车车体结构提出了新的设计方法 ,重新分配车体各部分刚度 ,设计出具有合适吸能结构的耐冲击车体 ,车体结构均按前、中、后三种纵向刚度设置 ,前后两部分为可以产生塑性变形的弱刚度吸能结构 ,中间部分为仅产生弹性变形的强刚度弹变结构。当列车在正常运行时 ,车体有足够的强度和刚度 ,需要满足有关规范规定的强度、刚度要求 ;在较高速下发生碰撞事故时 ,吸能结构能够沿所需方向产生塑性大变形吸收足够冲击动能 ,保证机器间和乘客区不发生破坏 ,并延缓碰撞作用时间 ,降低碰撞瞬间最大减速度 ,使撞击减速度在人体承受范围内。

空油罐车在低速紧急制动时脱轨险情的理论分析

本文用列车纵向动力学理论，对货物列车低速紧急制动时尾部空油罐车的纵向冲击规律进行了分析。讨论了冲击速度、缓冲器特性、车体重心对车辆点头振动的影响，得出剧烈的纵向冲击引起大幅度点头振动，导致车体后心盘垂直上移与后转向架下心盘错位是造成尾部空油罐车脱轨的主要原因，并对防止此类事故的发生提出了建议。

列车编组方式对运行空气阻力的影响

根据风洞试验结果 ,分析列车不同混编状况 ,不同头、尾部形状组合及列车编组长度等对运行空气阻力的影响 ,为合理确定列车编组方式提供了依据。

列车撞击动力学建模研究

对列车撞击使车体结构产生弹塑性变形的机理进行了理论分析，应用多质点系统动力学理论和Ｌａｇｒａｎｇｅ方程成功地导出列车撞击动力学模型，并采用有限单元法建立了车体结构动力学模型，从而为研究列车在撞击过程中的规律和车体结构动态响应分析奠定了理论基础。