移动车辆非定常气动力时域模拟及分析

来源：中国血液净化杂志2021年第4期北京时间：

作者：严乃杰, 苏永华, 郭辉, 班新林, 李永乐, 向活跃

单位：1. 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所, 北京 100081;2. 高速铁路轨道技术国家重点实验室, 北京 100081;3. 西南交通大学桥梁工程系, 四川成都 610031;4. 西南交通大学风工程四川省重点实验室, 四川成都 610031"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (52008396, 51778544, 51978589, 71942006); Key Project of CARS (2019YJ036)

摘要：为了在时域中考虑复数导纳函数，精细化模拟作用在移动列车上的非定常气动力，提出列车复数导纳函数时频变换方法，并建立同时考虑顺风向、横风向和竖向脉动风的移动列车非定常气动力数学模型。首先，推导出相对于移动列车的瞬时风速，并将瞬时风速代入到移动列车风荷载模型中，通过泰勒级数展开和忽略脉动风速、三角函数高阶项，将移动列车非定常气动力表示成关于顺风向、横风向和竖向脉动风的函数。然后，基于有理函数逼近法，将频域的复数导纳函数展开成有理函数项表示，再通过拉普拉斯逆变换实现导纳函数的时频变换，并将变换后的时域导纳函数代入推导的气动力模型中，精细化模拟移动列车非定常气动力。最后，通过与加权函数法对比，验证基于有理函数逼近法模拟移动列车非定常气动力方法的正确性，分析复数导纳函数相位、横风向和竖向脉动风对列车非定常气动力的影响。研究结果表明：有理函数逼近法可以成功实现列车复数导纳函数的时频变换，能够在非定常气动力时域模拟中有效考虑复数导纳函数的相位特性；导纳函数能够降低气动力的峰值，其相位可以使得非定常气动力时程产生“延迟”；横风向和竖向脉动风对列车非定常气动力的贡献不容忽视，能够使得气动力峰值显著增大；在列车非定常气动力模拟中，应该综合考虑复数导纳函数以及横风向和竖向脉动风的影响。研究结果可为移动列车风荷载及风-车-桥耦合振动等相关研究提供参考。

关键词：桥梁工程,非定常气动力,有理函数逼近法,移动列车,导纳函数,时域模拟

基金资助：国家自然科学基金项目（52008396，51778544，51978589，71942006）；中国铁道科学研究院集团有限公司重点项目（2019YJ036）