高速列车交会气动特性和动力学研究

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1、中图分类号：U270.11U451.3论文编号：102870115-S061学科分类号：080104硕士学位论文高速列车交会气动特性和动力学研究研究生姓名黄宇明学科、专业工程力学研究方向振动控制指导教师陈卫东研究员南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringAerodynamicbehavioranddynamicsonHig

2、h-speedtrainspassingwitheachotherAThesisinEngineeringMechanicsbyHuangYu-mingAdvisedbyChenWei-dongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明：所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经

3、发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入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。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着列车速度的不断提高，列车运行时引起的空气动力学问题日益突出，特别是列车在通过隧道、明线交会或者隧道交会时，会对周围的空气造成强烈的扰动，形成瞬态压力波。这种瞬态压力波的冲击可能会使车体窗户破碎，压力

4、波传入车内，会造成乘客和工作人员出现耳鸣等不舒适症状。另外，由于气动力和气动力矩的作用，车体的横向和垂向振动以及蛇形运动将会加剧，列车发生侧翻和脱轨的可能性增加，严重影响了列车运行的安全性和平稳性。本文基于三维、非定常、可压缩、粘性流的雷诺Navier-Storkes方程，结合标准k方程湍流模型和滑移网格技术，分别对高速列车明线交会、过隧道及隧道交会三种情况下的列车空气动力学进行了数值仿真。根据列车表面监测点采集的压力数据，分析了车体表面压力变化规律。总结了速度和线间距对压力波幅值的影响规律，获得了列车三种

5、运行状态下车体表面压力。通过数值仿真得到了作用于车体的气动力和气动力矩，并分析了其变化特征。为了进一步研究高速列车气动力作用下的动力学特性，采用Simpack仿真软件，建立了高速列车多刚体动力学模型。针对明线交会、过隧道和隧道交会三种情况，分别计算了列车在气动力（矩）和轨道激励共同作用下的动力学响应。同时分析了各种状态下车体的振动加速度变化规律，获得了车体的脱轨系数和平稳性指标，以及不同交会速度下对车辆动力学响应。根据仿真结果，对列车多种运行状态下的平稳性和安全性进行评估和对比分析。关键词：高速列车，会车，隧道

6、，空气动力学，车辆动力学i高速列车交会气动特性和动力学研究AbstractWiththeincreasingoftrainspeed,theaerodynamicproblemplaysanincreasingprominentroleonrunningtrain,especiallywhenthehigh-speedtrainpassthroughtunnels,ortwotrainsmeetinopenairaswellasintunnels,whichmaycauseastrongdisturbancet

7、otheambientair,i.e.,transientpressurewave.Suchtransientpressurewavemaybreakthewindowglassofthetrain,evenmore,itcouldcausepassengers’tinnitusandotheruncomfortablesymptoms.Inaddition,thevehiclewillrolloverorderailbecauseofthelateralandverticalvibrationandthehu

8、ntingmotion’sincreasementcausedbytheaerodynamicforceandmoment.Thedynamicresponsebytheaerodynamicforceandmomenthasaterribleinfluenceonsafetyandstationarityofthevehicle.Basedon3DtimeReynoldsaverag