侧风作用下的高速列车运行安全性

摘要

随着高速铁路的快速发展以及列车速度的日益提高，列车与空气相互作用的动力学问题亟待解决。尤其是我国兰新线高速铁路建成通车以及沿海高速铁路修建工程快速推进，侧风威胁高速列车运行安全的问题日益突显。侧风对高速列车运行安全性影响的研究不仅涉及车辆系统动力学，同时也需要对空气动力学以及流固耦合方面进行深入研究，这就加大了此类问题的研究难度。本文建立了高速列车动力学模型以及随机风载模型，对侧风环境中车辆运行姿态、运行安全性进行了仿真分析，并提出提高抗侧风稳定性的措施。
　　一般来看，高速列车头车的气动性能较差，因此，本文选择头车作为研究对象，采用Simpack多体动力学软件建立其动力学模型。并考虑随机脉动风，采用最接近自然风特性的Simu风速频谱，利用线性滤波法的自回归AR模型重现风速时域样本。由风速与车速计算合成风速，再通过空气动力学理论计算得到气动力和气动力矩集中加载于车体简化中心上。
　　模拟得出风速时程后，本文通过改变风速、风向角以及车速大小来探究车体姿态、轮对姿态、车辆运行安全性指标随这三个参数改变的变化规律。同时，在时域内详细分析了车体姿态与轮对姿态的相对变化情况。
　　为了提高车辆的抗侧风稳定性，本文先研究了在侧风环境中一系和二系悬挂系统参数的改变对运行安全性的影响。结果表明，各悬挂参数在所给的变化范围内对列车运行安全性的影响并不明显。然后，提出利用半主动横向减振器和主动抗侧滚扭杆装置来抑制由侧风引起的车辆振动，结合Simpack软件和Matlab/Simulink控制模块联合仿真分析这两种措施的控制效果。

目录

声明

摘要

英文摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究目标与内容

第2章 车辆系统动力学模型

2．1 车辆动力学模型的建立

2．1．1 车辆模型假设及建立

2．1．2 模型非线性特性

2．1．3 轨道激励

2．2 风载模型的建立

2．2．1 随机脉动风特性

2．2．2 风载模型的数值模拟方法

2．2．3 气动载荷的计算与加载

2．3 本章小结

第3章 侧风作用下的车辆运行安全性

3．1 车辆运行姿态

3．1．1 车体运行姿态

3．1．2 轮对运行姿态

3．1．3 车体和轮对的时域运动趋势对比

3．2 运行安全性指标

3．3 本章小结

第4章 车辆系统悬挂参数对运行安全性的影响

4．1 参数影响度表征和评价方法

4．2 悬挂系统单参数对车辆运行安全性的影响

4．2．1 单参数对安全性指标的影响

4．2．2 灵敏度系数比较

4．3 本章小结

第5章 抗风控制措施及控制策略

5．1 半主动横向减振器抗风控制模型仿真

5．1．1 联合仿真平台与模型验证

5．1．2 天棚阻尼算法

5．1．3 侧风作用下天棚阻尼控制联合仿真分析

5．2 主动抗侧滚扭杆抗风控制模型仿真

5．2．1 抗侧滚扭杆结构原理

5．2．2 主动抗侧滚扭杆的设计

5．2．3 主动抗侧滚扭杆的联合仿真分析

5．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参与科研项目