交会压力波作用下的高速列车动态响应及机理研究

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1、中国科学技术大学博士学位论文交会压力波作用下的高速列车动态响应及机理研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：钱春强工程力学虞吉林教授郑志军副教授二O一四年四月JMll[1llPUll

2、PllliiddllrllJY2589921UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor，SdegreeStudyondynamicresponseandl●nl●l1·-mechanismolhigh-speedtrainsbjectedtosuDIectea0crossingairpressurepulseAuthor’

3、SName：Speciality：一●SUDerVlS0r：FinishedTime：ChunqiangQianEnRineerinRMechanicsNlecllanlCSProf．Jilin砌A．Prof．ZhijunZhengApril，2014中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特IIII以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：幺凌盔王玺中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文

4、著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。么开口保密(年)作者签名：舀区壶指导师签名：—缸盐一博士学位论文摘要随着我国高速列车的不断发展，很多在以前低速列车运行安全性上被忽略的空气动力学问题，开始受到研究者越来越多的重视。这些空气动力学问题主要有气动阻力问题、横风效应、隧道效应、会

5、车效应等。其中关于会车效应方面的研究主要集中于三个方面：1、交会压力波的基本特性；2、交会压力波对列车运行稳定性的影响；3、交会压力波对列车车体和侧窗安全性的影响。关于第三方面的现有的研究还局限于根据交会压力波对侧窗或包含局部车体的模型研究的结果来评估车体和侧窗的安全性。这些安全性评估方法对于低速列车的钢结构的列车交会安全性评估不会产生较大误差，但随着随着交会速度的提升带来的交会压力波强度的增加以及车身轻量化引起的车体结构的动力学响应的加大，这样的评估方法就可能忽略了车体结构的动力学响应对侧窗和车体安全性的影响。本文的工作主要着眼于高速列车受交会压力波作用下的整体动态响应，及其对侧窗安

6、全性的影响。我们通过有限元方法研究了列车中间车厢模型受交会压力波作用下的动态响应和侧窗安全性评估问题。进而，采用有限元计算和理论分析相结合的方法，通过理论简化模型对列车车体受交会压力波作用下的动态响应的特征和机理进行了研究。论文的具体研究工作总结如下：(1)高速列车侧窗受交会压力波作用的有限元分析建立了两种高速列车车型CRH2和CRH3的中间车厢的有限元模型，模型包含三种工况：移动压力波、均布动载和静载荷。对于CRH2模型的研究发现，静载荷工况下的侧窗应力结果低于其他两种。而对于均布动载下的侧窗应力，在较低交会速度时，比移动压力波作用下的侧窗应力高，而随着交会速度的提高，则开始低于后者

7、作用下的侧窗应力。因此，在高速交会的情况下，必须考虑交会压力波的影响。对于CRH3模型的研究，得到的结果与CRH2模型的类似。不过其均布动载工况下的侧窗应力值与移动压力波工况下的侧窗应力值之间的大小关系的转变速度高于CRH2的情况，并且其均布动载工况下的侧窗应力最大值与移动压力波下的侧窗应力最大值的相对误差只有6％，因此，对于CRH3车型来说，可以用均布动载工况下的结果来评估侧窗受交会压力波作用时的安全性。(2)半无限梁受移动脉冲作用的有限元分析由于列车车体的结构的复杂性，很难对其内部产生的弯曲波进行研究。本章建立了相应的简化模型，即半无限梁受移动单周期正弦脉冲载荷作用的有限元模型。对

8、于相同的脉宽，移动脉冲存在临界速度，梁中的最大等效应力的平均值在交会压力波作用下的高速列车动态响应及机理研究中国科学技术大学移动脉冲以该速度移动将达到其最大值。临界速度随着移动脉冲脉宽的增加而减小，但在移动脉冲达到临界速度时的最大等效应力的平均值随脉宽的增加而增加。梁中最大弯曲程度出现的位置会随着移动脉冲的作用而逐渐远离移动脉冲作用区域。梁中最大等效应力随位置波动的机理也作了一定的分析。我们采用量纲分析得到了关于临界速度和影响临界速度的因素的经