基于流固耦合求解的强横风下轨道力学分析

摘要

为研究强横风条件下轨道结构的力学特性,采用计算流体力学和有限元联合仿真,对轨道结构的受力和变形进行了分析.首先采用SOLIDWORKS软件基于CRH380A型高速列车实际外形轮廓建模,然后通过FLUENT计算得到列车的气动特性,再与有限元软件ABAQUS联合仿真建立列车-轨道耦合模型;模型中完整地保留列车表面所受的气动力,解决了流固耦合中列车气动力的传递问题;最后基于建立的耦合模型,针对强横风作用下轨道结构的力学特性进行系统分析.研究结果表明,当列车运行速度为350 km/h,风速从0变化到15 m/s时,钢轨背风侧处横向位移从0.177 mm增加到2.100 mm,增大了11.86倍,可见强横风条件下,要重点关注钢轨背风侧处横向力学特性;当风速超过15 m/s时,列车运行速度达到250 km/h,钢轨横向位移超出了最大允许值2.000 mm,表明长期的强横风作用将会导致轨道的几何形位发生改变,但此时轮重减载率和脱轨系数并未超出对应限值0.65和0.800.因此,横风作用下不仅要考虑列车运行安全性指标,也要考虑轨道结构力学指标的变化.