摘要：高速磁浮列车的气动升力是列车悬浮和导向控制的关键气动载荷,以五辆编组高速磁浮列车为研究对象,利用数值计算方法分析高速磁浮列车气动升力的分布规律,研究列车气动升力的影响因素,结果表明,头车和尾车的气动升力分布最为恶劣,车体底部结构对气动升力的分布影响很大,车体底部与轨道梁之间的气隙流场特性决定了气动升力的分布规律。根据高速磁浮列车气动升力的分布规律,提出一种通过控制气隙空间的空气流量来控制列车气动升力的方法,数值计算和风洞试验表明,气动升力控制方法能够显著改变列车的气动升力,实现列车气动升力的精确控制,指导高速磁浮列车的气动升力工程设计。

摘要：以单线高速铁路隧道入口线性喇叭型缓冲结构作为研究对象,采用3次NURBS曲线拟合其入口形状,提取控制缓冲结构几何外形的9个设计参数。利用有限差分方法分析各个参数的灵敏度,发现缓冲结构的上下边界长度和入口高度对微气压波最为灵敏,而缓冲结构入口形状对其敏感度最小。采用计算流体力学方法、支持向量机模型和蚁群优化算法,开展以降低微气压波为优化目标的缓冲结构几何外形优化设计,得到适用于单线高速铁路隧道的线性喇叭型缓冲结构外形。与无缓冲结构相比,采用优化设计得到的缓冲结构,微气压波降低约42.1%,单车通过隧道时的车外压力波动幅值减少约9.4%。通过分析线性喇叭型缓冲结构上下边界的长度、入口高度和底部宽度对微气压波的影响,发现这4个设计参数与微气压波呈近似的线性关系,各设计参数间的耦合作用不明显,在实际工程设计中,可单独考虑各设计参数的影响。

摘要：针对列车踏面制动,分别基于旋转热源法和均布热源法建立了温度场计算模型。在包含匀减速制动、停止、匀加速启动和匀速运行四个阶段的一个基本制动工况下,选取车轮踏面以及踏面以下1 mm和2 mm处三个节点作为分析对象,对比了旋转热源法和均布热源法计算得到的温度变化曲线。同时考察了不同闸瓦接触面积、不同制动功率以及连续五个基本制动工况条件下,旋转热源法和均布热源法计算得到的上述三个节点温度变化曲线的变化规律及差异性。计算结果表明,对于踏面上的节点,旋转热源法与均布热源法计算得到的温度值及其变化特性存在很大的差异,但随着距离踏面深度的增加,两种计算方法得到的温度值差异迅速减小,在2 mm处可近似认为相同。此外在连续制动条件下,某一次制动中旋转热源法与均布热源法计算结果的差异性与之前的制动无关。

摘要：针对常温常导高速磁浮列车头型的几何特点,将其分为流线型和设备舱2个部分,采用改进的VMF参数化方法和曲面离散方法,分别进行参数化设计;对提取的12个设计参数,结合计算流体力学方法、支持向量机模型和多目标粒子群算法,以整车气动阻力系数和尾车气动升力系数为优化目标,以头车气动升力系数为约束条件,进行高速磁浮列车头型多目标气动优化设计,并进行设计参数的灵敏度分析;对优化外形进行工程化改进和风洞试验验证。结果表明:参数化设计方法能够利用较少的设计参数描述高速磁浮列车头型;减少计算量且提高优化效率的支持向量机模型的预测精度满足设计要求;头型长度是影响高速磁浮列车气动性能的关键设计参数,水平剖面型线对头尾车气动升力的影响较为显著;较原始外形,采用根据工程设计要求改进的优化外形后,整车气动阻力系数减小19.2%,头车和尾车气动升力系数分别减小24.8%和51.3%。

摘要：流致振动是高速列车设计和运维过程中需要重点关注的问题之一。针对高速列车司机室车门区域的凹腔结构,利用数值计算、风洞试验和实车线路试验相结合的方法,分析车门区域的流场特征和车门出现流致振动现象的主要原因,据此对车门两侧凹腔结构和扶手进行优化,并对封堵凹腔和扶手内移2种优化方案进行实车试验验证。结果表明:司机室车门上游凹腔结构诱导的展向涡导致车门表面出现高频的脉动压力,列车运行速度越高,压力波动幅值越大,但波动频率锁定在83 Hz,当压力幅值超过车门承受的限值后,车门将出现流致振动现象;气动拉力和气动侧向力是诱发司机室车门流致振动的主要气动载荷,车门宜设置在车体横截面不变区域;通过优化凹腔结构和扶手的形状能够消除司机室车门的流致振动现象;合理改变扶手位置能够减弱凹腔结构引起的流致振动现象;如果要消除流致振动现象,应将扶手改为盖板结构,或者将扶手截面形状改为非圆形截面。

摘要：采用数值模拟方法,研究高速列车在不同运行工况(明线运行、明线交会、隧道通过以及隧道交会)下的尺度效应,探析模型缩比对列车气动力及表面压力的影响规律.结果表明:模型缩比越小,头车及整车的阻力系数越大,升力系数越小.对于单车过隧道以及隧道内交会,模型缩比的变化不影响车体表面测点的压力幅值在车体长度方向的分布特性.当列车全尺寸交会时,车体表面压力变化幅值最小.在不同运行工况下,当模型缩比为1/20时,车体壁面的压力变化幅值最大,相对全尺寸工况,幅值增加最多可达6%.研究结果可为将列车小尺度模型缩比试验外推到全尺寸时的数据修正提供理论依据,同时为模型缩比的风洞试验以及动模型试验的方案设计提供指导.

摘要：基于支持向量机响应面模型,发展高速列车头型有约束气动反设计方法.为了减少流场计算量,针对反设计指标和约束条件分别建立对应的响应面模型,通过粒子群优化算法寻找满足设计目标值和约束条件的反设计外形.为了验证该方法的有效性,以3辆编组真实外形高速列车的1∶8缩比外形为研究对象,将整车气动阻力系数和流线型部分容积作为设计指标,研究单目标无约束、有约束及多目标无约束反设计方法.结果表明:采用提出的反设计方法能够快速得到满足设计指标和约束条件的高速列车头型,很容易拓展为能够解决任意复杂几何外形的多目标、有约束气动反设计方法,有利于提高高速列车头型工程设计的效率及针对性.

摘要：采用数值计算的方法,并在线路实车试验验证其合理性的基础上,研究不同车间风挡内倾角度的变化(0°、2°、4°、6°、8°)对高速列车车间风挡块的气动力以及表面测点压力的影响。研究结果表明:两侧风挡所受侧向力对称性较好,不同内倾角度,背风侧两侧风挡所受侧向力方向均指向外侧,呈现“外推”状态;迎风侧两侧风挡,0°、2°、4°所受侧向力方向指向外侧,呈现“外推”状态,而6°、8°所受侧向力方向指向内侧,呈现“内压”状态;风挡区域复杂的流动导致两侧风挡所受侧向力与内倾角度并不是线性关系。相对于原风挡,除个别测点外,风挡内倾2°、4°、6°、8°各测点的压力值均增大;内倾6°、8°方案风挡区域各测点的压力值均为正压。研究结论为指导高速列车车间风挡的气动设计提供了指导。

摘要：为探究轮轨接触几何非线性与车辆动力学性能的关系,提出一种新的轮轨接触几何非线性参数,即复合等效锥度,讨论伴随车轮磨耗增加,复合等效锥度对车辆动力学性能的影响。以线性等效锥度为基础,通过不同轮对横移量对应的接触宽度差值占比对线性等效锥度进行加权,得到复合等效锥度。实测磨耗车轮型面,对比随运营里程增加不同轮轨接触几何参数的变化规律。基于UM建立车辆动力学模型,讨论轨道不平顺激励下复合等效锥度与车轮磨耗之间的关系以及对车辆动力学性能的影响。研究结果表明:复合等效锥度考虑了轮轨接触几何状态变化,计算时不受轮对大位移时局部磨耗的影响,可以更真实地反映轮轨接触的非线性状态。与等效锥度相比,中低不平顺激励下复合等效锥度对轨道不平顺的大小更敏感。复合等效锥度与车辆动力学性能之间存在明确的对应关系。随着复合等效锥度增加,车辆稳定性下降。当复合等效锥度超过0.29后,车辆动力学性能指标的变化趋于稳定。通过复合等效锥度,可对线路不平顺等级和车辆动力学性能进行评估,对轨道车辆设计与维护有一定指导意义。

摘要：基于对HyperWorks软件中的Opistruct平台的研究,将拓扑优化和尺寸优化方法引入到前期的结构设计中,结合车辆运行中的气动载荷数据,为某型号轨道车辆的密封板提出了优化改进方案,从而提高密封板的使用寿命。优化结果表明,在该车型轨道车辆密封板的总质量不增加的前提下,刚度和固有频率均得到了较大的提高,从而有效避开了气动载荷的频率范围,为列车产品的结构设计提供了完善的设计思路。