轨道交通桥梁声屏障柱脚节点计算方法研究

声屏障柱脚结构一般采用锚栓连接钢立柱与混凝土基础。此类节点受力方式既不同于钢筋混凝土结构,亦不同于钢结构的螺栓群连接,而钢结构相关设计规范和混凝土设计规范中均未给出此类节点结构受力分析计算办法。本文在轨道交通声屏障柱脚锚栓连接节点结构受力分析中,提出按平截面假定方法分析的计算原理,结合在上海申通地铁集团有限公司科研项目《声屏障风荷载特性研究》中得出的风荷载作用数值,按照计算原理得出的方法,计算了六种不同荷载组合下的柱脚节点受力,并采用有限元仿真分析并行计算,对比二者计算结果以验证该原理和方法,可供相关设计人员计算参考。

轨道交通全封闭式声屏障列车风压载荷特性分析

基于雷诺平均湍流模型与滑移网格方法,数值模拟了轨道交通车辆通过全封闭式声屏障时声屏障表面风压载荷特性,根据特征波叠加理论计算了声屏障表面脉动风压时程,分析了脉动风压幅值在声屏障内的空间分布特性。结果表明:声屏障同一截面不同测点位置的风压载荷时间变化规律相似,但压力幅值随着测点高度增加而逐渐减小;列车单列通过时,远离运行线路侧声屏障的压力幅值远小于邻近运行线路侧;列车运行速度由80 km/h提高至140 km/h,脉动风压空间分布特性相似,但压力幅值增加约22%;列车会车通过时,声屏障入口与出口端压力波的叠加效应使得声屏障表面压力幅值增大,其中位于远离运行线路侧声屏障压力幅值增加,与邻近运行线路侧声屏障压力幅值接近。

大学生方程式赛车过弯非稳态气动问题的数值与试验研究

以大学生方程式赛车为研究对象,采用非稳态来流仿真方法对其过弯时的气动性能展开了研究。采用非稳态来流方法,将仿真来流速度设置为随时间变化的场函数以精准模拟入弯情形,并与稳态来流的弯道仿真结果进行了对比;配合仿真结果,在道路试验中使用表面压力测量对扩散器和尾翼的局部流场进行了量化。结果表明:赛车前轮以及前翼在非稳态过弯时会对下游底部流场产生较大影响,底部扩散器的非稳态气动鲁棒性将是整车气动设计的重点。

基于LSTM-POD的汽车湍流尾迹的高时间分辨速度场重构

本文针对方背Ahmed汽车标模的湍流尾迹,建立基于长短时记忆法(long short-term memory,LSTM)和本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD)相结合的深度学习模型LSTM-POD。通过建立非时间分辨平面速度场POD模态系数和若干离散点的时间分辨速度信号的映射关系,实现了方背Ahmed汽车标模湍流尾迹流场的高时间分辨率重构,并对比了不同时间步长配置,即单时间步长(LSTM-Sin)和多时间步长(LSTM-Mul)对重构效果的影响。研究表明:LSTM-POD模型在时间序列重构中具有较强的学习和泛化能力。另外,LSTM-Mul考虑到了时间上的连续性和相关性,相较于LSTM-Sin,其重构出的低阶模态系数和速度场与POD的重构结果更吻合。本研究提出的深度学习模型可以缓解通过实验及高精度数值模拟获取高时间分辨率流场数据资源消耗大、计算效率低等问题。

3/4开口试验段汽车风洞的风阻测量误差分析与修正

汽车风洞用3/4开口试验段模拟真实道路气动环境,有限的试验段尺寸、地面边界层及射流剪切层会干扰流场,从而引起风阻测量误差。根据简化势流模型分析,3/4开口试验段存在模型实体阻塞、喷口阻塞、收集口阻塞以及水平压力梯度4项系统误差源,其中模型实体阻塞让风阻测量值偏低,喷口和收集口阻塞让风阻测量值偏高,彼此平衡抵消机制使3/4开口试验段风洞具有能够适应更大尺寸模型的优势。利用Mercker-Wiedemann修正方法,结合同济大学整车气动声学风洞,计算修正了3辆不同尺寸车型的风阻系数。结果显示:设定风阻系数误差不超过1%为标准,3/4开口试验段汽车风洞最大阻塞比为15%;水平压力梯度对风阻系数误差的影响更大,风洞设计和验收标准应保证dC_(p)(x)/dx≤0.001/m。

地效翼地面粘性效应风洞试验研究

为深入研究地面效应机理及地效翼空气动力特性,在同济大学上海地面交通工具风洞中心的空气动力-气动声学风洞内对地效翼模型进行了风洞试验。首先,根据地效翼空气动力特性及风洞试验能力,对风洞试验进行了设计;其次,在风洞试验中利用移动路面模拟系统和六分力天平测量系统,研究了地面粘性效应对地效翼空气动力的影响和地效翼空气动力特性。研究结果表明:固定地面附近边界层流动不仅与地效翼的高度有关,还与迎角有关;与移动地面相比,固定地面下测得的升力和阻力偏低,且由于固定地面边界层受气垫效应影响,失速延后。通过地效翼风洞试验研究揭示了移动路面模拟的重要性,并深入分析了地效翼空气动力特性,为地效飞行器空气动力设计和研究提供了参考。

地面效应模拟对环境风洞中车辆冷却系统试验影响的数值模拟

针对目前环境风洞普遍缺少地面模拟的情况,通过数值模拟技术,建立1∶1环境风洞模型及整车模型,分析了地面效应对车辆冷却系统环境风洞试验的影响。结果表明:环境风洞在引入地面模拟后,车身底部的流场分布发生变化,主要表现在地面边界层的厚度减少,通过车身底部的空气流速增大,由此降低了发动机舱冷却气流出口的压力,使得通过散热器的冷却空气质量流量增加1.2%左右。

地面效应下的机翼失速数值模拟

采用计算流体力学的方法,对NACA0012二维翼型、三维机翼和带端板机翼在地面效应下的失速特性进行了数值模拟。通过对数值模拟结果的比较分析,揭示了地面效应下机翼的失速特性。研究结果为地效飞行器机翼的设计与优化提供了理论依据。

高速列车转向架区域远场气动噪声计算方法探究

快速计算高速列车转向架区域远场辐射噪声是一个难点问题。首先,文章根据高速列车气动噪声以偶极子声源为主的特征,假设车辆表面声源由无数个偶极子声源组成,建立识别方法,并结合流体仿真计算对转向架区域进行声源识别。研究表明,转向架区域的主要偶极子气动声源分布在排障器、前轮等11个部件的近壁面上。其次,建立每个部件声源强度及其远场噪声计算方法,利用3个不同车速下的仿真计算结果拟合出每个部件的远场声压级与频率、车速、特征尺寸、传播距离的关系式,并对11个部件远场辐射噪声求和,得到转向架区域远场噪声计算的经验公式。结果表明,该拟合公式有一定的准确性,可快速推算该类高速列车不同缩比尺寸模型的转向架区域远场气动噪声。该方法可供其他车辆气动噪声辐射计算方法参考。

高速列车转向架区域气动噪声源的特征识别

为了创建高速列车气动噪声源识别方法,以气动声学基本波动方程为基础,将高速列车气动声源等效为无数微球形声源组成,利用声辐射和流场物理量之间的关系,并结合高速列车气动数值仿真技术,建立了高速列车偶极子声源和四极子声源的识别方法,从全新的角度对某高速列车头车气动噪声源进行识别;基于涡声方程声源项特征,进一步揭示了偶极子声源和流场流动的关系.研究结果明确了高速列车主要偶极子和四极子声源的强弱和分布特征,表明了气流的直接撞击和分离现象是产生声源的主要原因,头车及转向架区域气动噪声源以偶极子声源为主;偶极子声源强度较大位置出现在边沿较为尖锐的地方,在绝大多数情况下流体经过时涡量急剧增加,成为其形成强声源的主要原因.

车轮对方背汽车双稳态非定常尾迹特性的影响

采用增强型延迟分离涡方法对有/无车轮方背汽车模型的双稳态非定常尾迹进行长时间尺度的数值模拟,捕捉尾迹的左右转换现象,并从时均场和瞬时场分析车轮对尾迹特性的影响;然后采用本征正交分解方法(proper orthogonal decomposition,POD)对背压和尾迹流场进行模态分解,并建立低阶模态流场重构模型,探究双稳态尾迹动力学演化特性。研究结果表明:车轮增强尾迹上洗,导致背部下方压力降低;车轮使得表征双稳态尾迹的水平对称破缺POD模态能量占比显著减小,竖直不对称POD模态能量占比明显增加;后轮内侧流动分离产生的反旋流向涡对,对双稳态尾迹维持在一侧不对称的稳定状态具有破坏作用,即促进了尾迹左右快速小幅度摆动。

基于多层感知机与无网格策略的三维空间声源识别

以往波束形成算法将潜在声源区域划分成若干网格,所有的声源被映射到一个个网格点上,会导致错误的声源定位与强度计算,并且计算精度与效率受网格间距大小的影响。采用多层感知机神经网络以及无网格策略,能够提高声源识别的空间分辨率与计算效率。通过使用单个平面麦克风阵列对三维等强度双点声源进行识别定位,发现相较于传统互谱算法,多层感知机能够改善平面阵列在深度方向上较差的空间分辨率性能。此外,在定位误差方面,多层感知机优于传统互谱算法,同时声源识别的强度误差有所降低。在低频时,多层感知机性能优于波束形成算法,可用来弥补波束形成算法空间分辨率性能不佳的局限性。

基于流固耦合模型的车门密封条隔声研究

采用浸入边界-格子玻尔兹曼法建立密封系统流固耦合模型,研究不同预压缩量下的密封条隔声。利用浸入边界法建立密封条的力学模型,同时用格子玻尔兹曼法模拟周围流体,两者结合完成实际车门密封条系统的二维简化计算模型。通过比较动态载荷下有限元和浸入边界模型的模拟结果,验证了系统建模的有效性。设计并搭建密封条隔声试验台架,可测量不同预压缩条件下的隔声。试验与仿真的结果相互验证,结果显示,有效挤压下密封条隔声量随着预压缩量缓慢上升,而产生缝隙后隔声量将显著下降。研究证明浸入边界-格子玻尔兹曼法处理流固耦合建模简便且计算效率高,在汽车密封系统相关的失效、隔声、泄漏噪声等问题上有广泛的应用前景。

横风中不同行驶工况下高速列车非定常空气动力特性

通过三维大涡模拟(LES)数值计算方法,对横风中不同行使工况下高速列车的非定常空气动力特性进行研究。计算得到各工况下高速列车车体所受非定常空气动力的时域特性、频域特性、脉动特性,以及列车周围非定常流动结构。分析结果表明,横风中高速列车所受空气动力存在明显的非定常性。从各工况高速列车所受空气动力脉动的均方根值来看,各节车的非定常现象基本随着合成风向角的增加而增大。在高速列车所受非定常空气动力的频域特性方面,其峰值频率集中在斯托劳哈尔数0.05~0.2范围内,这一范围对应实车情况的频率为0.5 Hz^2 Hz,这与高速列车系统本身存在的一些固有振动频率接近,存在由横风引起高速列车系统共振、降低高速列车行驶安全性乃至引发高速列车脱轨倾覆的可能性。

高速列车转向架区域裙板对流场与气动噪声的影响

运用声学比拟理论,采用1∶10简化模型对高速列车转向架部位气动噪声进行数值计算,并分析裙板对转向架部位流动与气动噪声性能的影响.基于延迟分离涡模型数值求解Navier-Stokes方程获得近场流场,运用考虑对流效应的Ffowcs Williams-Hawkings方程的声预测程序进行远场声辐射计算.结果表明,由于转向架舱在车体侧墙与底部形成表面不连续结构,流体通过转向架部位时产生了不同尺度和方向的复杂涡结构,上游几何体周围产生的涡向下游传播并与下游几何体相互作用,从而在转向架后端形成高湍流度尾流区.转向架区域外侧安装裙板后,流体与转向架舱的相互作用被削弱.靠近转向架并与车体侧墙平行的可穿透积分面的噪声预测结果显示,裙板可以在较宽频段内有效降低转向架部位的气动噪声.

多参考坐标系法和滑移网格法在汽车前端进气数值模拟中的比较

为比较多参考坐标系(Multiple Reference Frame,MRF)法和滑移网格法在汽车工程应用中的差异,基于FLUENT软件,分别用这两种方法对汽车风扇旋转流动区域进行数值模拟,得到汽车前端发动机冷却系统流场的计算结果;比较两种计算结果中前端冷却气流的流量、压力分布以及风扇局部流场的分布.最后以滑移网格法的计算结果为基准,给出通常使用的MRF定常处理旋转区域方法在工程应用中的评价.

横风下高速列车非定常空气动力特性研究

通过大涡模拟（LES）数值计算方法，对均匀定常横风下高速列车的非定常空气动力特性进行了研究。计算得到横风下列车车体所受空气动力的时域及频域特性、列车周围非定常流动结构及相应非定常流场特性。对计算结果分析表明，即使在均匀定常横风下，列车所受空气动力也存在明显的非定常性。对于所研究车型，这种非定常空气动力的特征频率出现在11Hz以下，并且主要峰值集中在0～3Hz区间，这与列车系统本身的固有振动模态频率接近，存在横风引起列车系统共振，进而发生列车倾覆的可能；同时研究表明，横风下列车周围流场非定常特性与列车所受非定常空气动力特性在频域中存在对应关系，可以通过测量非定常流场确定列车非定常卒气动力特件。

裙板安装对高速列车气动性能影响的数值分析

为研究裙板安装对高速列车气动阻力及侧风安全稳定性的影响,用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法分析国外某高速列车转向架及其周边裙板结构对整车气动性能的影响.在无侧风且列车行驶速度为350km/h时,模拟分析不安装裙板及在不同位置安装裙板情况下列车的气动性能;在有强侧风情况下,模拟分析列车在50～350km/h之间不同行驶速度工况时的气动性能.结果表明,列车底部安装裙板可有效降低列车气动阻力,在头尾第1对转向架处安装裙板对列车气动阻力的降低最有效;在强侧风下,列车底部安装裙板会造成列车的侧向力和侧翻力矩加大,降低列车行驶安全性.

两种改善汽车风洞轴向静压系数的方法

改善轴向静压系数对提高汽车风洞实验段流场品质具有重要意义.实验与数值模拟均发现,增加收集口角度或增加收集口喉部间隙都能有效改善汽车风洞实验段轴向静压系数,而且收集口角度越大或喉部间隙越大,轴向静压系数改善效果越明显.另外,实验还比较了单独增加收集口角度、收集口喉部间隙以及收集口角度和喉部间隙组合后对轴向静压系数的影响,旨在为全尺寸汽车风洞改善轴向静压系数提供依据.

汽车风洞试验段流场的试验研究

以上海地面交通工具风洞中心全尺寸气动声学风洞1∶15模型风洞为研究对象,采用三维热线风速仪,测量了该模型风洞内不同工况下试验段内流场的分布情况。通过所测流场内平均速度的分析,了解该模型风洞试验段内气流的定常流动形态,对比典型射流结构进行分析,得到了该开口式低速汽车风洞试验段内喷口处射流剪切层所特有的结构形态;通过对风洞试验段内不同截面处流场内部湍流强度的分析比较,了解了喷口射流剪切层内以及收集口处的湍流强度大小与分布情况。