强横风下高速列车外风挡非定常气动载荷特性研究

随着列车服役时间的延长,在恶劣运营环境作用下,外风挡容易出现变形、龟裂等故障问题,危害行车安全。为分析恶劣环境下外风挡的位移、应力及气动激励的变化规律,基于流固耦合振动理论,采用数值仿真方法,分析高速列车以速度250 km/h在不同横风风速环境下运行时,车端外风挡的气动性能和流固耦合特性。研究结果表明:列车不同位置处的外风挡均在迎风侧的尾流区域产生最大位移和应力,且随横风风速的提高而增大。当车速为250 km/h,横风风速为25 m/s时,外风挡的最大位移产生于Fd1-3截面,对应的位移为8.63 mm。气动力频率方面,外风挡所受气动力的主频较为集中,不同位置的气动力主频均围绕一个固定值小幅波动。在15、20和25 m/s横风风速下,外风挡所受气动力主频分别为5、15和19 Hz。综合位移与气动激励情况,二者在整体趋势上有较好的对应关系,位移的响应会略微滞后于气动激励的响应。

轨道车辆吸能防爬器碰撞仿真试验对标技术研究

为提高轨道车辆吸能防爬器有限元仿真分析精度,通过计算机仿真计算技术精确复现碰撞试验,基于碰撞试验结果,针对材料加工成形过程中的塑性应变强化效应、倒角区域网格畸变、蜂窝铝材料曲线修正、接触穿透量调整等关键影响因素对仿真模型进行修正,形成4种修正方案。仿真计算结果与试验结果对标表明,修正模型的仿真计算精度较原模型有所提高,其中采用方案4的改进效果最为明显,与试验结果最为接近,该修正方案对后续提升仿真试验对标精度具有指导意义。

基于监督学习的轨道车辆车轴裂纹扩展预测方法研究

传统裂纹扩展分析需要精确的数学模型以及校准参数,但现实中的复杂形状裂纹扩展过程难以进行精准建模,而通过有限元软件对裂纹扩展过程进行分析需大量的运算时间。因此,文章提出了基于监督学习的轨道车辆车轴裂纹扩展方法,该方法无需进行数学建模,可通过结构健康监测数据以及初始裂纹数据直接预测裂纹的扩展趋势。经验证,该方法预测准确率较高,能够较好地拟合裂纹扩展趋势。

高速磁浮车-轨耦合系统动态机理与振动响应

对高速磁浮车-轨耦合系统进行动态机理和振动响应研究。首先,对高速磁浮中的各类耦合关系进行建模;其次,分别分析了动态和静态条件下的车-轨耦合作用机理;然后,建立了高速磁浮车-轨耦合动力学有限元模型;最后,对磁浮列车高速通过桥梁时轨道梁、功能件的动力响应和车-轨共振速度进行分析。结果表明:高速运行时车-轨作用频率不同,长时间共振速度下运行时车-轨振动明显增大;若桥梁动力放大系数小于1.2,则基频比最小值为1.16;若桥梁动力放大系数小于1.3,则基频比最小值为1.04。

动车组牵引变压器内部流场数值仿真研究

牵引变压器对动车组的安全运行至关重要,其通风散热性能直接影响设备综合性能。建立包括车体、设备舱及牵引变压器内部结构在内的内外全流场几何模型,采用多面体网格离散计算域,采用多孔介质模型处理变压器内部冷却器复杂几何结构,采用动量源模型处理变压器内部轴流风机的旋转运动,将SIMPLE算法与Realizable k-ε湍流模型相结合,完成不同列车运行速度(200 km/h,250 km/h,300 km/h,350 km/h)及不同列车运行方向(上行,下行)等工况下的数值仿真计算,对不同工况变压器内部流场、设备舱裙板进出口风速、变压器通风量等进行综合分析。

磁浮列车非接触供电系统的监控诊断研究

磁浮列车非接触供电系统通过地面发射线圈与车载拾取线圈之间的非接触电磁耦合,实现磁浮列车在静止及低速状态下的正常取电。为保证磁浮列车非接触供电系统的可靠性,文章对非接触供电系统的监控诊断技术进行了研究。通过采用CAN总线通信技术、ZigBee无线通信技术、以太网组网技术、触摸屏组态技术等多项技术,实现了对磁浮列车非接触供电系统的智能监控与诊断。

轨道列车客室空调机组内部流场数值仿真研究

建立某轨道列车客室空调机组内部三维全流场几何模型,采用多面体网格离散计算域,通过运动参考坐标系模型实现风机旋转域与周围静止域之间的数据传递,将SIMPLE算法与RNG k-ε湍流模型相结合求解三维纳维-斯托克斯方程,完成客室空调机组内部流场的数值仿真计算,并进一步对典型截面的速度场、压力场、气动声功率场等进行综合分析。研究表明,空调机组冷凝腔两个轴流风机之间的动-动干扰以及蒸发腔离心风机与蜗壳之间的动-静干扰引发的气流周期性非稳态湍流特性是空调机组内部气流压力脉动和气动噪声的主要来源,其中冷凝轴流风机的贡献大于离心送风机。

碳纤维复合材料地铁车体接地网仿真研究

根据碳纤维复合材料电气特性,结合地铁列车的运营工况,分析碳纤维地铁车体保护和EMC接地特点。针对碳纤维复合材料车体的接地需求,提出并设计车体接地网方案和拓扑结构,通过仿真分析,给出接地网在车-轨道-地耦合状态下的杂散电流分布规律以及直流侧短路工况下的暂态响应特性。

双层压杆支撑结构耗能特性及减振性能研究

波浪砰击载荷易引起导管架平台整体和局部结构剧烈振动,导致结构疲劳损伤和设备失效。为使振动快速衰减,设计了一种多稳态钢质撑杆结构,其中内置双层压杆具备高刚度高阻尼特性。循环载荷下,双层压杆激励与响应发生反向,产生滞后阻尼。结合层合结构刚度等效和杆件稳定分析方法,理论计算了双层压杆多稳态跳变阈值,建立了典型结构参数与弯曲中性轴间的联系。而后讨论了承载和耗散特性的几何参数相关性。将新型撑杆引入导管架平台,数值模拟砰击载荷并分析导管架自由振动,耗散撑杆不改变导管架结构刚度的同时大大提高了动能转换效率。导管架振幅衰减系数近8倍于传统导管架结构。

轨道列车开关门过程对客室温度影响的数值仿真研究

轨道列车到达车站后,在开关门过程中,客室内气流与环境气流产生热量交换,特别是在高寒、高热气候条件下,开关门过程会对客室内温度场分布产生一定的影响。为了评估开关门过程对列车客室温度变化的影响程度,文章建立了某轨道列车包括客室空间、送风道、回风道、废排风道等主要结构在内的客室内流场三维几何模型,定义了车门机构区域的运动规律,采用动网格处理了车门机构的开关运动,针对夏季(外温35℃)及冬季(外温-25℃)工况列车开关门过程中客室内温度场变化进行了非稳态计算并分析了客室内流场分布。结果表明,列车整体风道设计可以有效地向客室区域送风,整个客室气流组织分布均匀,60 s开关门过程对车门区域的温度分布产生显著影响,但是对客室区域温度场的影响范围较小而且影响时间较短,在关门后约20~30 s,客室温度分布即恢复到开门前状态。

基于超声导波的结构损伤识别方法与技术研究

随着我国高速铁路行业的迅速发展,对车辆的安全运营提出了更高的挑战,为了满足高速列车运行参量和关键结构状态实时监测需求,文章介绍了一种可用于高速列车关键结构件疲劳损伤检测的超声导波监测系统。首先对超声导波疲劳损伤检测机理进行了数学分析;然后介绍了监测系统的整体设计思路,以及压电超声传感器、超声导波检测仪等重要组成部分的工作原理及特征参数;最后,通过仿真分析与疲劳加载试验,验证了超声导波损伤监测系统用于关键结构的损伤监测识别的有效性和准确性。

基于ABAQUS接触分析对某车型控制器箱体把手机构的优化设计

某车型控制器箱体的把手机构在扣紧试验过程中发生了断裂。针对上述问题,本文以控制器箱体的把手机构为研究对象,采用有限元分析法,对其进行优化设计。介绍了有限元静力分析的基本方法和理论,对ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit两种模块进行了原理分析,针对模型特点选取了适用于模型的求解器,通过仿真校核计算,提出了优化解决方案,并进行了试验验证。结果表明,通过改变固定销轴的直径及销轴与钩舌的配合位置,使得优化后的把手机构满足现车强度使用要求。

钢轨波磨对高速动车组构架疲劳寿命的影响

为评估钢轨波磨对高速动车组构架疲劳寿命的影响,建立了车辆刚柔耦合多体动力学模型,基于模态叠加法得到了关键部位节点的动应力,利用Miner准则预测了高速动车组构架关键部位的疲劳寿命。结果表明:钢轨波磨会使构架关键部位的疲劳累积损伤加大,缩短构架的整体使用寿命。因此建议基于疲劳寿命预测对构架关键部位的结构进行优化设计。

智能列车助力智慧城轨发展

阐述了列车智能化的现状以及智能列车与智慧城轨关键子系统间的密切关系,探索了智能列车实现信息共享技术路线。展望了集约型的新一代控制技术、时间敏感网络等支持未来智能列车发展的前沿技术。通过打通各关键子系统间的信息孤岛,推动城轨列车智能化的提升以及智慧城轨的发展。

基于概率断裂力学的车轴可靠性分析

基于线路实测数据,应用Miner线性累积损伤法则计算了车轴等效应力。根据应力强度因子公式预测了车轴裂纹临界尺寸,并建立了应力-强度干涉模型,通过改变变异系数,评估确定了极限裂纹尺寸情况下车轴裂纹扩展寿命的可靠性。

结构非对称性对纤维金属层板低速冲击特性影响

本文针对两种不同构型的非对称纤维金属层板(非对称FMLs—双层板和三层板),开展不同能量(10J、20J和50J)下的冲击试验,分析结构构型和冲击能量水平对非对称FMLs的冲击响应、损伤类型和程度的影响,重点研究冲击非对称FMLs上下两侧产生的抗冲击性能的差异。研究显示,同一种FMLs两侧受到冲击作用,FMLs的抗冲击性能明显不同;但随着冲击能量水平的提高,非对称FMLs上下侧面均受到冲击作用所产生的冲击载荷和损伤程度基本一致。