考虑气动载荷影响的高速列车蛇行运动稳定性

CORC > 力学研究所 > 中国科学院力学研究所 > 流固耦合系统力学重点实验室(2012-)

题名	考虑气动载荷影响的高速列车蛇行运动稳定性
作者	赖姜
学位类别	博士
答辩日期	2014
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	刘谋斌 ; 曾晓辉
其他题名	Hunting Stability of High-Speed Railway Vehicle Considering the Actions of Aerodynamic Loads
学位专业	工程力学
中文摘要	我国经济和社会的发展推动着我国高速列车的运营速度不断发展。2010年12月，中国“和谐号”动车组CRH380A在“京沪线”先导段以486.1km/h的速度创造了运营车的最高试验速度。与此同时，我国高速列车的持续运营速度也有明显提高，我国京津、武广、郑西高铁线路曾长时间以350km/h的速度进行商业运行。考虑到普通民航飞机在时速300km/h左右就可以在气动作用下离地起飞，显然有必要探讨气动载荷对高速列车性能的影响。其中一个重要问题就是：在高速度等级空气流作用下，列车的蛇行运动稳定性会如何发生改变？由于高速气流作用下气动载荷比低速时迅速增加，有必要对气动载荷作用下高速铁路车辆的运动稳定性进行定量分析。目前还缺乏相关的研究工作。因此，本文的目的是通过研究，建立一套完整的考虑气动载荷作用下的高速列车运动稳定性的分析理论和计算方法，为我国高速列车的研发、设计提供理论支持。现有的分析方法只是把气动载荷作为强迫力，无法考虑气动载荷对列车振动系统参数的影响；常用的商业软件也难以处理这一问题。因此，本文在考虑气动效应对列车轴重、轮轨蠕滑系数、重力刚度和角刚度等参数影响的基础上，建立了气动载荷作用下高速列车的数学模型，提出了考虑气动载荷影响的高速列车蛇行运动稳定性分析方法，分别针对车辆和列车系统建立了计算模型，编写了相应的计算程序，并对程序的正确性进行了考核。其中，车辆模型主要用于分析车辆的特征值问题和分岔问题；列车系统由三节车组成的编组列车（包含了头车、中间车和尾车）主要用于分析特殊气动载荷（隧道压力波、会车压力波等）作用下列车系统的动力响应特性。本文所做的主要工作有：（1）针对考虑气动效应的高速列车运动稳定性问题，分析了气动载荷对高速列车振动系统参数的影响，建立了气动载荷作用下高速列车运动微分方程，提出了考虑气动载荷影响下的高速列车蛇行运动稳定性分析方法，并编写了四套具有不同功能的分析软件；（2）考虑气动载荷作用的铁路车辆的特征值问题。分别针对明线运行（气动升力）和横风（考虑各个方向气动载荷）作用两种工况进行计算分析。对于明线运行时，分别求解了考虑气动载荷下头车（气动负升力）和尾车（气动正升力）的线性临界速度，以及悬挂参数与临界速度的关系；对于横风（考虑各个方向气动载荷）作用时，针对不同风速横风进行了线性临界速度的计算，并分析了气动载荷对车辆各个运动模态的影响；（3）考虑定常气动载荷作用下，铁路车辆非线性分岔特性研究。针对明线运行（气动升力）和横风（考虑各个方向气动载荷）作用两种工况进行数值计算。研究中分析了不同气动载荷对列车分岔、极限环、失稳频率等的影响；（4）考虑非定常气动载荷作用下，铁路车辆非线性分岔特性研究。针对不同外激频率的气动载荷，分析气动载荷对列车非线性稳定性的影响。研究中分析了非定常气动载荷作用下车辆的分岔、极限环和复杂运动。研究表明，非定常气动载荷会导致车辆发生复杂的拟周期运动；（5）考虑气动载荷的高速列车随机振动响应研究。通过多编组列车系统模型，在考虑轨道不平顺激励的基础上，针对运营中常见的过隧道、明线会车、隧道会车和横风作用四种工况进行数值计算分析气动载荷和气体压力波对列车系统动力响应的影响。
索取号	31132
语种	中文
公开日期	2014-08-28
内容类型	学位论文
源URL	[http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48922]
专题	力学研究所_流固耦合系统力学重点实验室(2012-)
推荐引用方式 GB/T 7714	赖姜. 考虑气动载荷影响的高速列车蛇行运动稳定性[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2014.