重载列车动力学数值模拟

为研究列车纵向冲击对车辆运行安全性的影响,首先对缓冲器动力学模型进行了修正,并利用单自由度车辆冲击对缓冲器特性予以验证;然后采用联合模型法和混合模型法,计算了车辆通过曲线时紧急制动工况下车辆的轮轨横向力和脱轨系数,并与独立模型进行对比。计算结果表明:修正后的缓冲器动力学模型能较好地模拟缓冲器的特性曲线;车辆通过曲线时制动力产生的纵向冲动,导致车辆的曲线通过性能和列车运行安全性降低,在车辆系统动力学分析中应考虑车钩力的影响;联合模型中由于车钩采取固定偏转角,导致其计算结果偏小;混合模型中的车钩偏转角随列车运行是动态变化的,因此混合模型更接近实际运行工况。

基于单质点模型的城市轨道交通列车动力学仿真

城市轨道交通的建设发展需要实时、准确、快速地计算出列车在各种不同条件下的运行效果并予以评价,因此迫切需要对城市轨道车辆运行过程进行实时仿真模拟来完成牵引计算的任务。根据城市轨道交通列车运行实时仿真计算的要求,对单质点模型的特点进行研究和改进分析,建立列车动力学单质点改进模型,修正坡道简化、列车模型、工况自动选取等算法,加入列车本身的参数和线路参数,并建立仿真运算平台,最后对改进模型进行仿真验证分析以及时间复杂度分析,证明单质点改进模型在计算效率和计算精度上都达到较高的水平。

长大列车动力学建模的一种新方法

提出了一种全新的列车动力学建模方法,即基于循环变量的模块化建模方法。该方法彻底解决了长大列车的建模难题,为深入研究列车系统的各类动力学问题打下了良好的基础。

列车动力学的非线性数值分析方法

列车动力学方程是个复杂非线性方程,必须采用数值积分方法求解。本文从工程实用的观点出发,提供了二类简单有效的数值积分方法——Newmark显式积分法及其显-隐式预测-校正积分法。这类积分方法,积分过程简捷,程序编制容易;由于积分过程中无须求解高阶线性代数方程组,这就显著地提高了积分速度,并有效地节约了计算内存,从而在普通微机上实现了对大型列车动力学问题的模拟分析。文中建议了一种判定工程实际问题之非线性数值积分稳定性的实用办法,并成功地应用于重载列车动力学分析。在此基础上进一步实现了变步长积分计算,大大提高了计算速度。通过算例校验及与试验结果的对照,证实了方法的非线性数值分析有效性。

Transputer多机系统在列车动力学并行计算中的应用

Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ多机系统是实现高速计算的较为理想的工具。本文结合Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ多机系统在列车纵向动力学计算中的应用，对Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ多机系统的运行环境开发及应用进行研究。

研究型列车动力学仿真器的研究

本文分析了研究型列车动力学仿真模型的建立方法及该仿真器的应用情况。

开源低成本的列车动力学半实物仿真测试平台

本文使用开源软件Scilab/xcos进行列车动力学建模、仿真,采用开源软件X2C将模型生成嵌入式C代码,结合部分手写驱动代码,以开源FreeRTOS为实时操作系统,运行在ESP32硬件模组之上,搭建了列车动力学半实物仿真平台,用以自动驾驶控制算法测试,在保证性能的基础上,大幅降低系统成本。

曲线地段直线电机轮轨列车动力学响应

为研究直线电机轮轨列车行驶于曲线段线路上时,铁路线路条件对列车动力响应的影响规律,以便为修改线路设计规范提供理论依据.建立直线电机轮轨交通列车线路动力学模型,模型中直线电机所受垂向电磁力大小随列车牵引速度和电机气隙的变化而时刻改变.仿真模拟并分析垂向电磁力、车速、曲线半径、超高、轨道不平顺对系统动力响应的影响.结果表明:轨道垂向不平顺和高车速对气隙影响显著;列车通过小半径曲线段时,垂向电磁力对脱轨系数和轮重减载率的消减作用显著;脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、车体横向加速度、车体横向位移这5类动力响应的最大值,同时受车速、曲线半径、超高影响显著.基于5类动力响应最大值的拟合公式,可对车速、曲线半径、超高取值范围进行合理匹配,并确定曲线地段的合理车辆限界.

空气动力学数值模拟方法在设计铁路散粒货物货车中的应用

装运散粒货物的铁路货车运行时,环境自然风以及车辆运行形成的空气流会对货物产生扰动并且会造成一定货物损失及环境污染。运用列车空气动力学数值模拟方法对列车空气流场进行了仿真分析,通过在空气流场影响下的货物颗粒运动及撒落量的分析统计及评估,完成了车辆设计方案优化,确定了合理及有效的结构设计和措施,满足设计指标要求。该数值模拟计算方法与高成本费用且时间周期长的实车试验方法相比,在技术方案的理论指导以及优化比选方面,是一种比较理想且经济实用的辅助设计手段。

基于刚柔耦合动力学的高速列车转向架构架振动疲劳研究

构建了考虑转向架构架高频柔性的刚柔耦合动力学模型,结合模态应力恢复方法实现了考虑轨道激励的转向架构架动应力求解。基于该模型,提出一种基于典型服役模式扫频激励的转向架构架动态薄弱位置识别方法,研究了转向架构架薄弱位置动应力在典型服役工况下的应力特征和各特征工况损伤;最后,结合京广线路分布特征,研究了转向架构架薄弱位置的损伤。结果表明:基于典型服役模式扫频激励识别的结构动态薄弱位置,能够包含传统准静态方法识别的静态薄弱位置,同时可以识别薄弱位置的敏感频带;曲线半径对转向架关键位置损伤具有显著影响,随着曲线半径的减小损伤显著增大;考虑京广线曲线和直线分布特征,计算得到的转向架构架关键位置损伤满足1200万公里设计寿命的要求。

重载列车纵向冲动动力学研究

提高轴重和增加编组数量已成为我国重载铁路提高运能和效率的重要手段，国内外重载列车的运营、试验及研究结果均表明，货车轴重的提高和编组数量的增加会导致列车中的纵向冲动显著增大，从而带来车辆脱轨、结构破坏等安全隐患。因此，本文以国内重载列车为研究对象，研究在调车及制动等工况下重载列车纵向冲动动力学所涉及的关键技术问题。主要研究内容和结论如下。

计算网格对列车空气动力学不确定性的影响

为评价计算网格对明线列车空气动力学数值仿真计算结果的影响,基于计算流体力学,研究了计算网格对列车气动特性的不确定性.首先根据3种不同尺寸的计算网格及其计算结果,提出了计算网格对列车气动力和表面压力不确定性的计算方法;其次以ICE2列车为研究对象,划分了3种不同尺寸的计算网格,数值仿真得到了列车气动力和典型截面的压力;最后研究了该列车头车气动力和典型截面压力的不确定性.研究结果表明:数值仿真得到的气动侧力系数与试验数据的误差仅为0.31%;车身迎风侧表面压力的不确定性接近于0;车身表面压力不确定性较大的位置主要位于车体底部,其最大不确定度达到1.42;头车侧力系数的不确定度为0.002 6,而头车升力系数的不确定度为0.509 3.

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。

基于动力学特性的列车运行态势分析

针对区间临时限速下的列车运营场景,提出考虑列车动力学特性的列车运行态势分析方法。建立临时限速区域下区间运行时分、运行速度和追踪列车间隔时间等列车运行约束,根据列车最大牵引和最大制动特性,计算在限速区间的运行时分,以及在站内限速、无限速和临时限速3个区域边界点的速度和时间等列车运行态势信息。分析晚点时间与区间缓冲时间,以及发生晚点时列车当前速度与最大制动曲线下速度之间的关系,预测列车到达前方车站的时刻和晚点时间。仿真结果表明,针对不同临时限速等级,根据列车最大牵引和最大制动特性计算得到的列车速度曲线和运行线,可以为调度员提供列车在限速区间的速度和时间等列车运行态势信息。

18号固定辙叉应用60及60N廓形对列车过岔动力学及磨耗影响分析

为研究铁路道岔采用60型及60N型面列车动力学特性变化,以18号固定辙叉为例,建立列车-道岔空间耦合动力学分析模型,并基于Archard磨耗理论对道岔区钢轨磨耗进行仿真预测,对比岔区钢轨磨耗前后列车动力学特性及磨耗特性的变化。研究结论如下:(1)对于轮载过渡,采用60N型面后对于转辙区轮载过渡位置基本无变化,直向过岔时轮载过渡基本位于尖轨顶宽30~40 mm截面,侧向过岔时轮载过渡基本位于尖轨顶宽20~40 mm截面;(2)对于岔区钢轨磨耗直向过岔时,采用60N型面后,直尖轨和直、曲基本轨的磨耗均比60型面小;侧向过岔时,采用60N型面后,直基本轨和曲尖轨磨耗均比60型面小,但曲基本轨存在的侧磨比60型面大;(3)列车通过未磨耗的道岔转辙区时,采用60N型面后,列车直向过岔的脱轨系数减小17%,轮重减载率基本无差别,侧向过岔的脱轨系数和轮重减载率分别减小29%和8%;(4)列车通过磨耗的道岔转辙区时,岔区采用60N型面时列车直向过岔的脱轨系数和轮重减载率分别减小4%和39%,侧向过岔的脱轨系数和轮重减载率分别减小21%和25%。在本次研究条件下,采用60N型面能够在一定程度上降低道岔转辙区钢轨磨耗并能提高列车经过磨耗前后道岔转辙区的平稳性和安全性。

用于研究列车空气动力学的数据可视化系统(英文)

列车气动试验数据可视化对列车空气动力学研究很重要。由于列车气动试验数据场是基于曲面域的散乱数据场,采用数据场网格划分和基于等参变换的区域映射插值相结合的插值方法。在此基础上改进了扫描线算法,克服了传统扫描线算法求解收敛性得不到保证的不足。为了适应试验数据可视化系统对系统扩展性的要求,采用面向对象的软件工程思想编制了试验数据可视化系统,并在实践中改善系统。

“高速列车空气动力学研究”专栏简介

列车空气动力学问题是高速铁路提速和发展必须解决的关键问题之一。当列车高速运行时,空气阻力急剧增加、气动噪声激增、列车/隧道耦合效应突显、风致列车倾覆威胁增大,这些问题已成为高速列车技术发展必须突破的重点与难点。经过近 30 年的自主发展,我国列车空气动力学研究队伍逐渐壮大,研究实力日益雄厚,研究成果也已在国际上占有重要的一席之地,在数值仿真、实验模拟、工程化验证理论方法与技术等方面逐步形成了理工结合、特色鲜明的研究体系。

高速磁悬浮列车动力学协同建模与仿真研究

针对600 km/h磁悬浮列车及轨道系统,综合运用动力学、电磁学、控制工程等研究方法,开展列车、轨道系统与磁轨动态相互作用关系建模技术研究,构建包含多柔体、动态磁轨力、控制方法和牵引力的列车-轨道耦合动力学模型。仿真评估不同建模方案下列车的运行品质和磁轨动态耦合关系,从而确定磁浮列车动力学基本建模原则,服务于高速磁悬浮列车技术未来创新设计和性能改进的重大需求。

高速铁路无砟轨道关键设计参数动力学研究

应用列车-线路耦合动力学理论,分析了高速铁路无砟轨道关键设计参数,包括设计轮重、疲劳检算轮重、轨道合理刚度、路桥过渡段路基面支承刚度、路基不均匀沉降、轨面变形折角及钢轨挠度变化率.结果表明：设计轮重可取为静轮重的3.0倍;疲劳检算轮重系数可取为1.50;轨下基础刚度的合理范围为20-30 MN/m;路桥过渡段路基面支承刚度的合理值为500-1 000 MPa/m;路基不均匀沉降幅值、轨面变形折角和钢轨挠度变化率应分别控制在波长的1.0‰、1.5‰及0.3 mm/m以下.