列车高速通过站台时的流固耦合振动研究.pdfVIP

第 31卷 ，第2期 中 国 铁 道 科 学 Vo1．31 No．2 2010年 3月 CHINA RAILWAY SCIENCE M arch，2010 文章编号：1001—4632f2010)02—0050-06 列车高速通过站台时的流固耦合振动研究 崔 涛 ，张卫华 ，张曙光 ，张继业 (1．西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031；2．铁道部 运输局，北京 100844) 摘 要：采用计算流体动力学 (CFD)和多体动力学相结合的方法研究列车高速通过站台时的风致振动及 安全问题。应用有限体积法和滑移网格模拟计算方法，通过求解三维瞬态可压缩N—s方程获取列车通过站台 的气动力。运用 Simpack软件建立 3辆编组的动车组动力学模型，轨道不平顺条件选用美 国六级谱，并将用 CFD得到的气动力作为激励输入动车组动力学模型，对列车高速通过站台时的气动行为进行仿真计算，得到列 车高速通过站台时的振动时程曲线。计算结果表明，列车高速通过站台时，在气动力作用下3辆车均不同程度 向站台靠近，且尾车的尾部向站台靠近的距离最大，达到 19mn2；头车向站台靠近主要是由车体的摇头运动所 致，中间车向站台靠近是由车体的横向摆动所致 ，而尾车向站台靠拢则是由车体的横摆运动和摇头运动共同作 用所致。 关键词：高速列车；通过站台；空气动力学；风致振动；安全性 中图分类号：U266：U260．111 文献标识码：A 高速铁路的站台和车内地面高度基本一致，而 且站台和车体的间隙很小 (一般为5O～100ram)， 1 计算流体模型 以方便旅客上下车。由于站台高，当列车高速驶入 和驶离站台时，行车空间的突变会导致周围流场发 以正在运营的某高速动车组列车为研究对象， 生急剧变化，作用在列车上的气动力出现冲击，引 其运营速度为350km ·h～。站台至钢轨轨面的高 起列车振动，特别是横向振动。靠站台行驶时，由 度为 1200mm、至轨道中心线的横向距离为 1750 于列车两侧空间不对称，气动力不同于空旷空间。 mm (与车体的静态间隙为 70ram)。列车高速通 这种气动力的变化能诱发列车振动，有可能导致列 过站台的计算流体模型和列车系统动力学模型均采 车与站台碰撞，从而造成行车事故。在列车空气动 用由头车、中问车和尾车所组成的3辆车编组，站 力学方面国内外的诸多学者进行了大量的研究，主 台长度取200Ill。考虑线路的不平顺，采用美国六 要集 中在空气阻力、外形设计、强侧风安全性、列 级谱模拟激扰。计算中未考虑环境横风的作用，仅 车交会、隧道通过、安全退避距离等方面[1_8_，而 考虑了列车与站台间气动力的作用和对列车振动的 在气流影响下列车高速通过站台安全性方面的相关 影响。 研究很少报道。因此，本文首先采用计算流体力学 1．1 空气动力学数学模型 的数值方法和移动网格模拟计算方法，对列车高速 列车运行速度为350km ·h11时的马赫数接近 通过站台时的气动特性进行分析，获取气动力的时 0．3。列车周围为黏性、可压缩、非定常的高雷诺 间历程曲线；然后利用列车系统动力学仿真计算得 数湍流流场。计算中湍流模型采用 一e模型，近 到在气动力作用下的列车振动响应；最后根据列车 壁区采用壁面函数进行处理，并考虑了气体的可压 动态限界与站台之间的距离判断列车是否与站台碰 缩性。描述列车周围空气流动的动力学方程为[9] 撞，从而确定列车能否高速安全通过站台。 j r r l d+I[(己，一 )一 收稿 日期：2009—11—