摘要：高速铁路隧道壁面气动荷载是隧道结构破坏的主要诱因之一,了解并掌握其特征对高速铁路隧道结构设计与安全营运具有重要的理论意义与工程价值。通过论述高速铁路隧道壁面气动荷载特征与现场实车测试、动模型试验以及数值仿真模拟三种研究手段的技术现状与未来发展趋势。总结归纳得出:(1)列车驶入隧道前,壁面气动荷载峰值小、持续时间短;列车在隧道内行驶时,壁面气动荷载表现为正负峰值不等的不规则变化规律;列车车尾驶出隧道后,气动荷载表现为周期性正负峰值交替的衰减规律。(2)三维光纤贴壁线性布置技术利于实现隧道全断面、全长测点布置,且具有重复利用率高,试验费用低、工作量少等优点,可作为现场实车测试过程中数据采集系统的一个重要比选方案,电机控制能进一步提高模型列车运行速度的控制精度,可作为未来动模型试验系统动力控制的优选技术之一。

摘要：传统风力发电机组塔架大多为锥形单管钢薄壁细长结构,此类结构在叶片转动及风荷载作用下易发生大的变形和振动。为克服传统风电塔自身发展的局限性并发挥中空夹层钢管混凝土(CFDST)结构优良的力学性能,基于某锥形钢塔筒,通过承载力等效提出CFDST塔筒结构形式,利用ABAQUS软件建立其风振性能有限元模型,对比了两种塔筒的振动模态。从时域和频域对二者在不同荷载工况下的动力响应特征进行对比分析,并对塔筒与叶片是否共振及瞬态冲击荷载下的振动进行了研究。结果表明:CFDST塔筒在保证原有钢塔筒抗弯承载力和刚度的同时,底部截面尺寸减小了25.6%,且不会与叶轮转动产生的谐波激励发生共振;阻尼对风机塔筒位移、速度、加速度及应力响应幅值影响显著;与钢塔筒相比,CFDST塔筒在正常运行荷载工况下峰值位移、加速度幅值和最大等效应力分别降低21.1%、30.2%和41.6%,而在暴风荷载工况下,分别减小14.4%、32.2%和36.3%;研究成果可为相关塔筒的设计优化提供参考。

摘要：针对受电弓-接触网和受电弓-接触网-列车2种组合模型,基于三维可压缩流动的纳维-斯托克斯(N-S)动量方程,采用剪切压力传输(SSTk-ω)湍流模式和有限体积法,对2种组合模型中的受电弓在不同横风条件下的气动特性进行了数值模拟和对比分析,并讨论横风风速对受电弓气动载荷的影响,采用量纲分析方法,建立受电弓气动力、力矩系数与横风风速、风向角之间的关系表达式.结果表明:与不考虑列车车体的情况相比,车体的存在改变了受电弓绕流场特性,且对受电弓的气动阻力、升力和俯仰力矩的变化规律产生显著影响,对侧向力、倾覆力矩和侧偏力矩的影响相对较小.研究结果可为横风条件下高速列车受电弓的运行安全性及优化设计提供一定的依据.

摘要：受蒙古-西伯利亚高压气旋的影响,我国内蒙古地区长年处在刮风的严苛环境下,这使得传统蒙古包建筑的风载作用受到重视,亦凸显蒙古包外轮廓设计及其群居排列方式的重要性。利用XFlow■构建蒙古包的气动模型,研究在阵风作用下,不同顶部的蒙古包气动荷载及脱落涡机理。研究了蒙古包在并行排列下的流场气动特性。研究结果表明:在阵风作用下,具有高顶部烟筒设计的蒙古包拥有低的前向阻力荷载及高的垂向荷载,有助于结构的自稳定性;另外,高顶部烟筒设计,使得流场在建筑后缘提早分离,不会卷起大范围的脱落涡,进而防止蒙古包并行排列下受到建筑与脱落涡之间的气动干扰。

摘要：研究目的:成自高铁天府机场站是全世界首座列车以350 km/h不减速过站的地下车站,高速列车过站引起强烈的气动效应对车站运营的安全性和舒适性产生不利影响。设置隔离墙将影响地下车站内的气动效应,国内外已有研究主要集中在隔离墙的存在对气动效应的影响,缺少隔离墙结构尺寸对气动效应影响的研究。本文采用数值模拟方法,分析隔离墙长度对车内瞬变压力、站台屏蔽门气动荷载、隔离墙与进出站隧道内压力波动的影响,以期为相关工程提供参考。研究结论:(1)隔离墙长度对列车内外表面压力变化幅值的影响较小,列车静态密封指数为36 s时车内瞬变压力满足人耳舒适性标准;(2)对站台屏蔽门表面压力变化幅值的影响较大,存在一个最不利隔墙长度;(3)隔离墙表面压力变化幅值随隔离墙长度的增加而减小;(4)对进站隧道内压力变化影响较小,对出站隧道内压力变化影响较大,存在一个最不利隔墙长度;(5)本研究成果可为高速铁路地下车站气动效应控制的设计工作提供指导。

摘要：针对现有土木工程领域台风理论模型过度简化的问题,首先引入基于非静力平衡欧拉方程模型的天气预报模式(WRF)对“鲇鱼”台风进行高时空分辨率模拟,并基于非线性最小二乘法拟合得到边界层风速剖面。同时,为系统对比台风与良态风场的差异性,设置与该台风风速剖面在规范A类地貌梯度高度处风速相同的良态风风速剖面,并分别集成至用户自定义函数(UDF程序)中作为小尺度CFD数值模拟入口条件。在此基础上,以中国东南沿海地区某风电场的5 MW水平轴风力机为研究对象,以风-沙双向耦合算法为核心,采用连续相和离散相模型(DPM)进行风场和沙粒组合的同步迭代模拟,对比研究台风和良态风作用对沙粒运动特征、结构表面等效压力分布模式和升阻力系数特性等的影响规律。结果表明:WRF模式可有效模拟近地面台风风场,拟合的“鲇鱼”台风剖面指数为0.091。与良态风相比,中尺度台风作用显著加剧了风力机结构表面三维气动力分布模式。相较于风荷载,沙荷载主要冲击塔架中下部迎风区域两侧各30°范围,沙荷载与风荷载比值达3.937%,沙压系数最大值为0.09。强台风与大粒径沙粒耦合冲击效应更显著,塔架阻力系数最大增幅可达9.80%,相较于良态风场塔架阻力系数极大值增大13.79%。

摘要：为探明城际铁路地下站站台屏蔽门列车风压特性,提出合理的列车风压设计建议值,以某城际铁路地下站为依托,建立列车高速过站空气动力学效应数值仿真模型,计算了多种工况下站内流场,得出了站台屏蔽门风压基本特性及分布规律,分析了列车速度、到发线停靠车等对屏蔽门风压的影响。研究结果表明:(1)初始压力波和列车经过时站台屏蔽门表面均出现较大的压力波动,列车经过时更为剧烈;(2)由于站台屏蔽门和隔离墙的阻隔,不同位置的站台屏蔽门承受的风压存在差异,过站侧正线最大,同侧到发线次之,对侧正线和到发线最小;(3)需考虑过站列车速度、到发线停靠列车等因素的影响。研究成果可应用于城际铁路地下车站工程设计。

摘要：为了掌握我国高速铁路长期运营后声屏障结构动力响应性能变化情况,更好地进行运营期声屏障的安全评估和高速铁路桥梁声屏障设计,通过现场试验及与运营初期的数据对比,得到运营期动车组高速通过时桥梁声屏障气动荷载及结构动力响应的变化规律。结果表明:动车组高速通过时声屏障结构表面承受气动荷载显著;列车风压对声屏障不同位置的变形和应力的影响程度不同,单元板位移大于立柱,立柱应力大于单元板;高速铁路运营10年后,单元板和立柱最大位移增大而最大应力减小,表明声屏障结构长期承受交变荷载后可能出现承载能力下降问题。建议设计时考虑运营期声屏障疲劳劣化所带来的影响,优化结构疲劳设计指标。

摘要：以300 W水平轴风力机叶片为研究对象,设计流线型凸包结构,并应用于风轮模型,结合滑移网格技术,对比研究光滑型与流线凸包型风力发电机的绕流场特性以及气动载荷特性,分析了三维绕流场内速度、压力、流线等的变化规律,以及不同风速下风力机的阻力系数及其功率的时程变化规律,探讨了流线凸包型与光滑型风轮在不同风速下运行时绕流特性的差异。结果表明:流线型凸包对流场有较好的改善结果;当风速增大时有明显的减阻效果,最大减阻率为19.53%,但其波动量增加为1.51%;凸包型风轮输出功率明显高于光滑型风轮,但随着风速增加,功率增加率也逐渐减弱。研究结果对水平轴风力机非定常气动特性研究及应用具有重要意义和价值。