高速列车动力学参数的多目标抗风优化设计

为改善高速列车的抗风性能,基于车辆系统动力学和多目标优化理论,建立高速列车动力学参数的多目标优化设计方法,以轮重减载率和轮轴横向力为优化目标,采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对高速列车的动力学参数进行自动寻优设计,分析优化设计变量与优化目标的相关性,并给出优化后的Pareto最优解。计算结果表明,通过优化高速列车的动力学参数,轮重减载率和轮轴横向力的数值最大可分别降低17.95%和10.26%,多目标优化可以显著改善高速列车的抗风性能。同时,对优化前后高速列车的其他动力学性能进行分析,以保证优化后的动力学参数在改善列车抗风性能的同时不会引起列车运行品质的严重恶化。

强降雨环境下公路车辆制动安全性分析

为分析强降雨环境下公路车辆的制动安全可靠性,基于2种停车视距模型引入可靠性理论,将降雨强度、车速及驾驶员思索时间视为随机变量,运用蒙特卡罗模拟方法建立强降雨环境下公路车辆制动安全可靠性分析模型,以研究不同降雨强度、不同车速下公路车辆的停车视距。研究结果表明:降雨强度一定时,2种计算模型的停车视距差值随着车速的增大而增大,车速一定时,2种计算模型的停车视距差值随着降雨强度的增大基本不变;若随机变量服从正态分布,停车视距也近似服从正态分布,且模型Ⅱ的分布均值大于模型Ⅰ,模型Ⅱ的分布标准差近似于模型Ⅰ;车辆的制动失效概率随着车速及降雨强度的增大而增大,车速及降雨强度一定时,基于模型Ⅱ计算的车辆制动失效概率略高于模型Ⅰ;车辆的临界车速随着降雨强度的增大而降低,随着制动失效概率的增大而增大,车辆制动失效概率及降雨强度一定时,基于模型Ⅰ计算的临界车速略高于模型Ⅱ;较传统确定性方法相比,基于可靠性方法可以获得更为合理的雨天行车安全临界车速,当降雨强度为4mm/min,失效概率为0.000 1时,临界车速已低于45km/h。

降雨环境下车身表面水相分布特性

本文建立了汽车外流场空气动力学数值计算模型,结合Lagrangian discrete phase model和Eulerian wall film model两种方法模拟了水相的生成和发展过程。在此基础上,开展不同降雨强度、不同车速条件下的车身表面水相生成计算,研究影响水相分布变化的因素。研究结果表明:在一定的车速和降雨强度条件下,车身水相厚度逐渐增大,最终趋于稳定;当车速一定时,车头、前窗、后窗和侧窗区域水相厚度随降雨强度的增大而增大;当降雨强度一定时,车头、后窗和侧窗水相厚度随车速增大而增大,而前窗水相厚度随车速增大而减小。

风雨环境下汽车空气动力学性能分析

为了研究风雨环境对汽车空气动力学性能的影响,本文基于Euler-Lagrange方法建立风雨环境下汽车空气动力学模型,采用M-P(Marshall-Palmer)雨滴谱对雨滴降落进行数值模拟。基于风-雨双向耦合算法进行风场和雨滴迭代模拟,开展不同侧偏角,不同降雨强度条件下汽车空气动力学特性研究。计算结果表明,当侧偏角相同时,车身迎风侧所受正压、车身表面的雨滴浓度及单位时间内降落至车身的雨滴质量均随着降雨强度的增大而增大,且雨滴降落位置主要位于前车窗附近,汽车的气动阻力系数随降雨强度的增大而增大;当降雨强度相同时,汽车的气动阻力系数随侧偏角的增大先增大后减小,而侧偏角的增大或降雨强度的增大,均会导致汽车的气动性能恶化。该研究为车辆安全行驶提供了理论依据。

基于M-P雨滴谱的强降雨环境下高速列车雨载荷及气动特性分析

降雨对高速列车的作用力包括气动力和雨滴对列车的冲击力两部分,以往的研究侧重降雨对高速列车气动特性的影响,本文对这两部分都进行了研究:基于Marshall-Palmer雨滴谱,采用Euler-Lagrange方法建立降雨环境下高速列车空气动力学模型,研究降雨对高速列车流场特性及气动力特性的影响;基于能量守恒方法推导雨滴对列车的冲击力计算公式,分析作用于列车的雨载荷特性。研究表明,车速相同时,头车的纵向雨载荷系数、垂向雨载荷系数、气动阻力系数及气动升力系数均随降雨强度的增大而增大;降雨强度相同时,头车纵向雨载荷系数、垂向雨载荷系数、气动阻力系数及气动升力系数均随车速的增大而减小。

沙尘环境下高速列车气动特性分析

为研究沙尘环境下高速列车明线运行时的气动特性,基于剪切应力传输模型SST k-w双方程湍流模型和拉格朗日离散相模型,与无沙环境下的高速列车气动特性进行比较,计算分析不同沙粒浓度、不同车速下的高速列车气动特性。计算结果表明:沙尘环境下,当车速一定时,列车整车气动阻力、头车气动阻力、尾车气动阻力均随沙粒浓度增加而逐渐增大,且与沙粒浓度近似呈线性关系;对于气动升力,当车速一定时,头车气动升力绝对值随沙粒浓度的增加而增大,尾车气动升力随车速的增加而降低。该研究成果可为高速列车在沙尘环境中的运行安全提供理论参考。

基于停车视距的强降雨环境下公路车辆制动安全可靠性研究

基于停车视距及可靠性理论,研究强降雨环境下公路车辆制动安全可靠性。从运动学原理出发,对AASHTO停车视距模型进行改进,并建立了强降雨环境下公路车辆制动安全可靠性模型。将车速、降雨强度和思索时间作为随机变量,利用蒙特卡罗模拟方法研究不同降雨强度、不同车速下公路车辆的制动安全可靠性及可靠性灵敏度。结果表明:改进AASHTO模型与原始AASHTO模型相比,停车视距计算值偏大,且差值随着车速的增大而增大;车速的变化对停车视距的波动程度影响较大,降雨强度的变化对停车视距的波动程度影响较小;利用确定性方法计算的雨天行车安全限速值偏于危险,基于可靠性方法可得到更为合理的雨天行车安全限速值;失效概率对随机变量均值的灵敏度存在一个极大值,失效概率对车速均值灵敏度和对思索时间均值灵敏度的极大值均随着降雨强度的增大而增大,对降雨强度均值灵敏度的极大值随着降雨强度的增大而减小;失效概率对随机变量标准差的灵敏度存在一个极大值和一个极小值,失效概率对车速标准差灵敏度和对思索时间标准差灵敏度的极大值及极小值的绝对值均随着降雨强度的增大而增大,对降雨强度标准差灵敏度的极大值及极小值的绝对值均随着降雨强度的增大而减小。