横风下高速列车的非定常气动特性及安全性

来源：机械工程学报杂志2016年第6期北京时间：

作者：张亮, 张继业, 李田, 张亚东, 殷中慧

单位：西南交通大学牵引动力国家重点实验室 成都 610031

摘要：为研究横风下不同路况(平地、路堤、桥梁)运行时的高速列车非定常气动特性及安全性,基于空气动力学和多体系统动力学理论,建立高速列车空气动力学模型和车辆系统动力学模型。采用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)方法,计算在横风下运行速度为300 km/h列车的周围流场,风速为17.1 m/s,风向与列车运行方向垂直,得到各路况运行时高速列车车体所受非定常气动力的时域特性、频域特性及列车周围非定常流动结构。根据高速列车整车试验规范,以脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力为安全性指标,分析不同路况下列车的运行安全性。结果表明,横风中列车所受气动载荷存在明显的非定常性,各车辆的气动载荷功率谱密度存在明显峰值,气动载荷主频集中在5 Hz以内;复线路堤背风侧运行列车的安全性最差,其次为复线桥梁迎风侧、复线桥梁背风侧、复线路堤迎风侧、平地。

关键词：多体系统动力学,非定常气动力,高速列车,功率谱密度,横风；

基金资助：国家自然科学基金(51475394)、高速铁路基础研究联合基金(U1234208)和牵引动力国家重点实验室自主课题(2016TPL_T02)资助项目