基于多孔介质的高速铁路透风式挡风墙关键参数研究

合理的匹配参数是风区铁路沿线防风设施研究的关键问题。针对风区铁路沿线部分区段混凝土实心挡风墙出现的环境风越过挡风墙顶导致严重的弓网离线、无法正常升弓,危及铁路行车安全问题,提出改“堵”为“疏”,通过一定的透风率来调控挡风墙后的线路风场,从而为缓解上述现象提供一种新思路,其关键问题在于透风式挡风墙关键参数与防风效果的合理匹配。为此,基于多孔介质的自身特性,提出一种基于多孔介质的挡风墙风场新研究方法,将挡风墙透风率与防风效果的合理匹配问题转化为多孔介质的阻力系数与列车气动载荷的关系研究。首先,通过比较数值模拟结果与兰新高铁挡风墙风场现场试验结果,修正并验证数值模拟方法的准确性。然后,通过数值模拟研究进一步探究多孔介质阻力参数与挡风墙透风率之间的关系,获得风区铁路沿线透风式挡风墙关键参数最优区间。研究结果表明:可以采用多孔介质代替挡风墙几何进行挡风墙风场研究,能够显著提升研究效率;多孔介质的黏性阻力系数在挡风墙风场研究中可以忽略,多孔介质的惯性阻力系数与挡风墙的透风率呈幂函数关系;风区铁路沿线透风式挡风墙高度为3.5 m,透风率在24.4%~28.7%区间时,对一线、二线列车的防风效果最好。

桥上脱轨列车姿态演变行为与倾覆风险研究

针对高速列车桥上脱轨后的车体姿态演变行为与倾覆风险问题,通过多体动力学方法,建立八编组整车−桥梁防护墙多体动力学模型并开展数值研究。首先,通过相同工况下多体动力学结果与有限元方法结果,对比验证本文模型的正确性。然后,通过数值模拟分别研究直线空载高速列车、直线满载高速列车、曲线不同离心加速度下高速列车脱轨后的动力学演变行为。研究结果表明:桥上脱轨列车与防护墙发生撞击后,会出现明显的车轮跳起和车体大幅度侧滚现象,各车存在极大从右后向左前翻滚到线路外侧坠落的风险;桥梁曲线脱轨比直线脱轨更加危险,会出现明显的甩尾现象,离心加速度越大,甩尾现象越明显。

齿轮箱内部激励下振动噪声仿真研究

目的研究齿轮箱体在内部激励下的传动稳定性和振动噪声的产生、传播和辐射规律。方法考虑时变刚度、误差激励等因素对齿轮系统的影响,利用集中参数法建立齿轮传动纯扭转动力学模型。结合MATLAB数值计算,从动态啮合力入手,分析振动噪声在内部动态激励作用下的时域和频域特征。建立齿轮箱体有限元模型,进行模态分析和频率响应分析。以动力学分析结果为边界条件,分别利用声学无限元法和无反射边界法进行齿轮箱振动噪声仿真。结果获得了2000Hz内的固有频率、振型和频率响应曲线,结合振动峰值频率,对齿轮箱的振动情况进行了预测。得到了齿轮箱在无界声场中的辐射声功率级曲线、场点声压级曲线、声指向性和声压级云图,并对声学无限元法和无反射边界法的计算结果进行了对比,得到了二者的最佳适用条件。结论齿轮箱内部动态激励具有明显的周期性和冲击性,齿轮传动过程中含有较多的啮合频率和二倍频成分。齿轮箱上下表面为薄壁结构,振动比较明显,是各阶振型发生振动的主要部位。箱体在低阶模态下为单一振型,在高阶模态下出现多种振型耦合的现象。无限元法计算时间较长,但在近场分析时精度较高,适用于近场声学问题分析。无反射边界相比于无限元法耗费更少的计算时间,远场分析的精度更高,适用于高频、远场声学问题分析。

基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型,采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能,对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行分析和设计,讨论压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对高压容器端面密封性能的影响。结果表明,压缩率、矩形圈的高度和宽度以及矩形圈与沟槽侧壁的间隙对密封性能的影响较大,而内径对密封性能的影响较小,因而设计时应优先考虑沟槽深度、矩形圈的截面尺寸以及与沟槽的装配位置等参数。确定PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸后,采用有限元仿真手段验证了设计的密封结构在常温30 MPa高压下的密封性能,证实了设计的合理性。

38 mm型CO_(2)致裂器内部参数对致裂器做功能力影响

为快速获得液态CO_(2)致裂器内部参数对致裂器做功能力的影响特征,优化提高液态CO_(2)致裂器做功能力,提高煤层瓦斯抽采效率,设计液态CO_(2)致裂器做功能力快速评估试验装置。使用煤矿用38 mm型致裂器进行4水平3因素的9组正交试验,分析液态CO_(2)致裂器发热管内部装药量、主管内液态CO_(2)填充量、泄能片厚度以及泄能头释放口径对于致裂器做功能力的影响主次顺序;进一步对其中最重要的影响因素进行固定变量试验,分析最重要影响因素对液态CO_(2)致裂器做功能力的影响特征。结果表明:对于煤矿用38 mm型CO_(2)致裂器,泄能片厚度对于液态CO_(2)致裂器做功能力的影响最大,发热管内部装药量次之,主管内液态CO_(2)填充量及泄能头释放口径影响最弱;液态CO_(2)致裂器做功能力随着泄能片的厚度增加而增加,但当泄能片厚度增加到一定程度时,液态CO_(2)致裂器做功能力增幅不够明显,达到一定厚度泄能片不会破裂,当38 mm型致裂器内部参数设置为CO_(2)质量0.33 kg、释放口径18 mm、装药量60 g、泄能片厚度2.0 mm时致裂器做功能力对应三硝基甲苯(TNT)当量为0.202 kg,相对当前工地使用参数做功能力提升21.9%。

风切变下评价方法对高速列车振动舒适性评价结果的影响

科学合理地评价乘坐舒适性对于风区高速列车运行性能的提升至关重要。针对在大风专项试验中发现的新问题,既有平稳性指标在风切变下的评价结果,与司乘人员实际感受差异巨大,表明现有舒适性指标在风切变下的应用存在局限开展研究。首先,对既有不同振动舒适性评价方法Sperling指标、ISO-2631、EN-12999、UIC-513、以及GB-5599等进行了系统梳理和评估差异的理论分析;其次,结合不同评价方法要求,通过多体动力学方法和人体动力学参数模型,建立了可一体描述车体与人体动力学影响的六自由度列车—座椅—人体耦合模型;在此基础上,进一步将风切变下实测列车气动载荷作为输入激励,分析了真实气动载荷作用下现有舒适性指标评估流程、频率加权曲线等对评价结果的影响,揭示了评价结果产生差异的原因;最后,基于既有振动舒适性评价方法,对风切变下高速列车振动舒适性的评价从指标参数、测点位置以及评价过程3个方面进行了建议和补充。研究结果表明:由于频率加权曲线和对各个方向振动的考虑形式不同,导致不同评价方法对人体敏感频率的侧重和振动形式的权重存在差异;建议风切变下振动舒适的评价方法将侧滚角速度和角加速度纳入并增加相应测点位置,同时旋转振动幅值可对转动舒适性进行评价,能在一定程度上反映出风切变下转动振动对振动舒适性的影响。

基于iSIGHT的铁道车辆横向稳定性优化设计

提出了一种铁道车辆横向稳定性的优化集成设计方法,其基本原理是采用多体系统动力学分析软件SIMPACK建立铁道车辆动力学模型,采用优化软件iSIGHT,实现与SIMPACK的数据传递与过程集成,运用多岛遗传算法和序列二次规划算法相结合的优化策略,对铁道车辆悬挂参数进行优化设计,提高铁道车辆的临界失稳速度,改善其横向稳定性。实际分析计算表明,该设计方法可显著提高设计效率。

基于Kriging模型的挡风墙优化设计

将基于Kriging模型的近似技术引入到挡风墙的优化设计,其关键步骤为:采用最优拉丁超立方试验设计,选取均匀、随机和正交的参数试验样本点,用初始样本点的目标值建立Kriging近似模型,结合优化算法,得到最优参数;在挡风墙的优化设计中,选取路堤和挡风墙为设计变量,倾覆力矩为目标值,建立Kriging模型,应用序列二次规划算法,得到不同路堤下的最优挡风墙高度。研究结果表明:本文方法在挡风墙的优化设计中是高效、可行的,并得到了不同路堤高度下,最合理的挡风墙高度;路堤高度越高,倾覆力矩对挡风墙高度变化的灵敏度越高,最优挡风墙的高度越小。

列车管路连接密封性能试验研究

经历长时间运行后,列车管路连接接头的密封有可能失效。针对这一问题,通过静态试验和动态试验,对列车上常用的螺纹式、卡套式、压紧式和快速接头连接管路的密封性进行试验,分析各种因素对其密封性能的影响。试验结果表明:对于螺纹式和压紧式接头连接管路,紧固力矩和密封圈的寿命是影响密封性的主要因素;对于卡套式接头连接管路,管件及接头的精度、紧固力矩和管件对中度是影响密封性的主要因素;对于快速接头连接管路,管子的硬度、插入长度和切口不平度是影响密封性的主要因素。

基于ASP技术的中国铁道机车车辆网站开发

中国铁道机车车辆网是中国铁道机车车辆行业性网站,网站信息采用数据库管理,采用ASP(ActiveServerPages)和ADO(ActiveXDataObjects)技术,实现网页内容的动态显示以及数据的录入、搜索等,并开发了一个后台管理程序,用于数据库的管理维护。网站开发过程表明,通过ASP技术建设行业性动态网站是非常快速可靠的。

高速列车外风挡安装间距对风挡气动特性的影响

为探明空气动力作用下,高速列车外风挡与车体外表面安装间距对风挡气动特性的影响规律,采用三维、定常、不可压缩雷诺时均R-S方程和RNG k-ε双方程湍流模型数值算法,对0,10,20和30 mm不同安装间距的三车编组半包式外风挡高速动车组进行数值模拟,列车明线运行速度等级为350 km/h。研究结果表明:安装间距对于风挡受侧向力影响较大,尤其是橡胶弧顶与来流相对的外风挡所受侧向力与安装间距成二次函数关系,安装间距30 mm的外风挡受侧向力最大为785N;安装间距对外风挡所受阻力、升力的影响较小,橡胶弧顶相对的两块外风挡阻力方向相反,外风挡气动升力均为负升力且最大为62N;安装间距导致外风挡表面压力分布呈现规律性变化,将外风挡表面气动压力映射到有限元计算模型上,分析不同安装间距下气动载荷作用对外风挡结构变形与应力的影响。本文研究结果可对外风挡结构强度与优化设计,以及安装位置精度要求提供指导。

车体侧滚对列车气动性能和运行稳定性的影响

为探明横风作用下车体侧滚对列车气动性能和运行稳定性的影响,采用三维、定常、不可压缩雷诺时均方程和k-ε双方程湍流模型,对CRH5G动车组进行仿真计算。研究结果表明:当侧滚角从0°增加到2.5°时,车底部迎风侧负压减小,绝对值最大相差532 Pa,车顶迎风侧负压增大,绝对值最大相差579 Pa,车底压力变化的区域更大,车顶和车底背风侧的压力变化都不大;头车后部车底负压减小,绝对值最大相差470 Pa;气动力方面,列车升力增大,头车升力变化最为明显,从0.15 k N增加到16.6 k N;头车的点头力矩提升了20%,尾车的点头力矩下降了7%;进一步的车辆动力学仿真计算结果表明:车体侧滚引起的气动载荷变化对列车脱轨系数、倾覆系数的影响很小。因而在研究横风作用下的列车运行稳定性时,一般可不考虑车体侧滚对气动性能的影响。

建立长、株、潭环形轻轨交通系统的探讨

对主要城市轨道交通形式作了初步比较分析 ,提出了在长株潭三市之间建立环形轻轨交通系统 ,并作为未来的主要客运交通手段的建议和初步方案 .同时 ,又提出两点建议 :一是乘势把湖南轻轨车辆制造业带动起来 ;二是形成长、株、潭立体开式循环交通网络 ,把轻轨与公交站、火车站。

大风环境列车横截面外形优化

列车经过大风环境时引起的列车稳定性变化影响列车行车安全与乘坐舒适性。优化列车横断面可以提高列车在横风作用下气动性能,降低倾覆危险。借助数值模拟手段,通过优化截面内倾角位置高度等7个几何参数,得到倾覆力矩随参数变化的规律,确定优化中需重点关注的参数。研究结果表明,倾覆力矩随顶部折角与底部折角的变化为非单调增长,而随其他部位的变化呈现单调趋势,优化得到的组合截面比原始截面横向力下降28. 28%、升力大小下降42. 85%、倾覆力矩减小45. 91%。优化后的列车横截面模型与原始断面相比,横向力增长了24. 28%,升力和倾覆力矩分别下降了75. 99%和27. 19%。倾斜条件下,优化后的列车截面模型倾覆力矩较原车模型下降了11. 22%。

高速列车牵引变压器的通风散热性能

基于高速列车在运行过程中,封闭设备舱内会产生大量热量,若不及时排除,会损坏设备舱内的关键设备,严重影响列车安全运行,采用实车试验和数值模拟相结合的方法,研究高速列车牵引变压器风道形式对其通风散热性能的影响。研究结果表明:冷却风道出风口平均风速的数值计算结果与试验结果较吻合,两者相对误差仅为2.9%,验证了数值计算结果的可靠性;当牵引变压器风道采用对称机构时,出风口风量与风道进口面积存在1个理论关系式,通过该式可以得到任意进风口面积下牵引变压器出风口风量。

客车振动舒适性评价方法在瞬变风环境下的应用

瞬变风环境下铁道客车的振动情况较为复杂,为准确评估旅客乘坐感受,采用动力学仿真与实车试验相结合的方法,对瞬变风环境下客车振动情况与舒适性进行评价。分析兰新客专线实车试验中乘客对振动的感觉及仿真得到的舒适性值后发现,随着车速以及外部气动载荷变化次数的增加,车辆振动越来越剧烈,舒适性指标有变差的趋势;各工况中当车辆以200km/h速度运行且受到连续瞬变气动载荷作用时振动舒适性指标最差。在瞬变风环境下,GB5599,ISO2631和UIC513方法的评价结果有一定差异,原因部分来源于各方法频率加权的差别,导致各指标对横、垂向加速度频域峰值的放大作用不同。

大风条件下动车组滚摆振动特性研究

采用基于机器视觉的动态偏移量检测方法,对某动车组在兰新第二双线百里风区大风条件下的动态偏移量参数进行实车测试试验。结合动力学仿真的模态分析和实车试验数据的频谱分析,得到大风条件下动车组以下心滚摆振动为主;通过相关性分析,说明了大风条件下侧滚角和重心横移量在一定范围内存在线性关系;结合实车试验数据,分析了大风条件下车辆侧滚角和重心横移量之间关系的具体变化规律,得出大风条件下,当重心横移量在[-20,20]mm之内时,随着车辆振动的加剧,滚摆中心有降低的趋势。

动车组裙板螺栓预紧力衰减研究

为防止动车组裙板螺栓预紧力衰减而影响行车安全,本文采用有限元分析方法,研究蠕变条件下螺栓预紧力衰减规律;采用横向振动试验方法,研究螺栓连接件在振动条件下的预紧力衰减规律;采用实车跟踪实验方法,监测运营条件下动车组裙板螺栓预紧力衰减情况.通过仿真分析与试验研究,明确了裙板螺栓连接预紧力的影响因素与衰减规律,提出了合理的控制措施,对指导螺栓防松、保证动车组行车安全具有重要意义.

高温环境下动车组设备舱内温度场实车试验研究

针对兰新客运专线动车组在高温环境下设备舱的通风散热问题,通过实车试验分析了高温环境下动车组设备舱内用风设备的温度变化情况,研究了高温环境对动车组设备舱内用风设备的影响。

D_(25)型长大平车运输装载方案的研究

介绍了Ｄ２５型长大平车运输ＤＧ１０２５／１８Ｚ—Ⅱ７型锅筒的装载加固方案，对装载结构的稳定性进行了分析，并对主要承载部位的强度进行了有限元分析。