横风中复线路堤上高速列车气动性能和运行安全性研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要大风导致的列车脱轨倾覆事件在世界各地屡有发生。随着列车运营速度的提高，强风成为了高速列车安全运行的主要瓶颈之一。横风中高速列车在复线路堤上恶劣的气动性能导致其运行安全性问题尤为突出。因此，非常有必要对横风中复线路堤上高速列车的气动性能和运行安全性进行深入研究。在简要回顾和总结横风中列车的气动性能和安全性研究历史和现状后，基于计算流体动力学，建立了横风中复线路堤上高速列车的三维空气动力学模型；基于多刚体系统动力学，建立了相应的列车系统动力学模型。展现了高速列车周围流场结构、表面压强分布。

2、研究了行车速度、横风速度和路堤高度对列车中各车气动力和运行安全性的影响。比较了高速列车在复线路堤两条线路上的气动力与运行安全性，对比了列车采用两种不同外型时的气动力和运行安全性。分析了横风对车辆运行状态的影响，对比了各气动力对车辆运行安全性的影响大小，探究了作用在车体上的气动力考虑和不考虑点头力矩、摇头力矩时运行安全性的差异。确定了高速列车在横风中运行的安全临界车速。数值计算结果表明，横风中高速列车的气动性能优劣和运行安全性高低主要由头车决定。随着列车速度的提高、横风速度的增加、路堤的增高，高速列车的气动性能越来越恶劣，其运

3、行安全性逐渐降低。列车在复线路堤上风线上运行时，其气动性能优于下风线上，其运行安全性略高于下风线上。两种外型列车的气动性能差异和运行安全性差异随着横风速度增加而增大。横风对轮轨横向力的影响程度大于对轮轨垂向力。横风主要通过改变列车运行平衡状态来影响列车运行安全性。横风对头车和尾车的动力学性能的影响主要由侧力、摇头力矩决定，对中间车的影响主要由侧力决定。在车辆系统动力学模型中，建议考虑点头力矩、摇头力矩。横风中，车体质量对车辆运行安全性影响程度大于无风环境中。横风中，高速列车头车为满载动车时，轮轴横向力往往最先超出安全限值；头

4、车为空载拖车时，轮重减载率最先超出安全限值。列车中头车为空载拖车时的安全临界车速比为满载动车时的安全I临界车速低得多。因此，建议头车采用满载动车的编组形式。高速列车在平地上运行时的安全临界车速高于路堤上，在低路堤上运行时的安全临界车速高于高路堤上。关键词：高速列车：气动性能：运行安全性；横风；复线路堤西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractTheaccidentsoftrainsblownawayfromtrackoroverturnedbystrongwindhavehappenedmanytimesinth

5、eworld．Withtheincreaseoftrainspeed，strongwindhasbecomeabigandchiefobstacletotherunningsafetyofhigh-speedtrain．Astheaerodynamicperformanceofhigh·-speedtrainondouble·-trackembankmentisverypoorincrosswind，theproblemofrunningsafetyisveryserious．Therefore，itisnecessaryt

6、ostudytheaerodynamicperformanceandtherunningsafetyofhigh—speedtrainincrosswindindetails，whenitisrunningondouble—trackembankment．Thestudyofaerodynamicperformanceandsafetyoftrainincrosswindisbrieflyreviewedatfirst．Basedonthecomputationalfluiddynamics，athree—dimension

7、alaerodynamicmodelofhigh-speedtrainrunningonadouble-trackembankmentundercrosswindconditionissetup．Thecorrespondingtrainsystemdynamicmodelisestablishedonthebasisofmultirigid—bodysystemdynamics．Theflowstructurearoundthetrainandthepressuredistributiononthesurfaceofthe

8、trainareshowed．Influencesofthetrainspeed，crosswindspeedandheightofembankmentontheaerodynamicperformanceandtherunningsafetyofhigh—speedtrainisstud