大风环境下列车运行安全性研究

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1、大风环境下列车运行安全性研究ResearchonTrainOperationSafetyintheStrongWindEnvironment李泉大连交通大学DALIANJIAOTONGUNIVERSITY大连交通大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得大连交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识到本声明的

2、法律效力，申请学位论文与资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。曰期：年Z月0曰大连交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解大连交通大学有关保护知识产权及保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属大连交通大学，本人保证毕业离校后，发表或使用论文工作成果时署名单位仍然为大连交通大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行信息服务，也可以采

3、用影印、缩印或扫描等复制手段保存或汇编本学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）学位论文作者签名：it.导师签名:么e日期：年（(月日日期:力^年《月冷日分类号：U270学校代号：10150UDC：密级：学号：20122073硕士学位论文大风环境下列车运行安全性研究ResearchonTrainOperationSafetyintheStrongWindEnvironment学生姓名：李泉导师及职称：杜礼明副教授学科门类：工学专业名称：车辆工程研究方向：机车车辆流体动力学申请学位级别：硕士学位论文答辩日期：2015年6月6日学位授予单位：大连交通大学摘要摘要随着高速列

4、车运营速度的不断提高，其空气动力学效应更加突出。尤其是高速列车在大风环境下高速运行时，其气动特性和运行安全性指标都会发生显著的变化，大大增加了列车发生脱轨或倾覆的可能性。因此，需要对大风环境下的高速列车运行安全性进行深入的研究探讨，对保障高速列车的安全运行有非常重要的现实意义。首先，在计算流体力学的基础上，利用FLUENT软件对对大风环境下高速列车的外部流场进行数值仿真。分析了高速列车表面压力分布规律以及周围流场特性，并计算分析高速列车的头车、中间车和尾车所受气动载荷随风速、车速以及方向角的变化规律。研究结果表明，随着风速和车速的提高，列车所受到的气动载荷显著变大，其中头车的

5、变化明显大于中间车和尾车，因此可以认为，大风环境下高速列车的气动性能的优劣取决于头车。在此基础上，利用UDF编程模拟阵风模型，分析高速列车在不同阵风模型作用下的气动特性。研究结果表明，高速列车的气动性能随着阵风模型的变化而变化，表现出时效性，且阵风结束后其尾流对高速列车仍有作用。随着阵风速度的增大，其尾流的作用时间不断增长，对于最高风速为5m/s的阵风，尾流在10s左右消失；而对于最高风速为30m/s的阵风，其尾流在14.2s左右消失。基于多体动力学基本理论，应用系统动力学软件SIMPACK，建立高速列车头车的动力学模型，然后将空气动力学中计算得出的气动载荷施加到列车系统动力

6、学模型中，分析高速列车在大风环境下的运行安全性。通过模拟计算，得到高速列车在不同工况下的各安全性指标。分析其安全性指标随风速、车速以及风向角的变化规律。研究结果表明，各安全性指标都随车速和风速的提高而增大，即安全性降低。当风向角为90°时，各安全性指标最大。根据我国高速列车整车试验规范对高速列车在不同运行条件下的运行安全性进行了评判，分析了列车在大风作用下的最高安全运行速度。高速列车在经过风速为28m/s的风区时，最高运行速度为200km/h；而当经过风速为18m/s的风区时，最高运行速度可达350km/h。本文的研究结论可以为我国高速铁路在大风环境中运行提供理论依据，对我国

7、高速列车在大风环境下安全运行具有一定应用参考价值。关键词：高速列车；大风；空气动力学；多体系统动力学；运行安全性I大连交通大学工学硕士学位论文AbstractWiththeimprovementofhigh-speedtrainspeed，theaerodynamiceffectsbecomemoreprominent.Thehigh-speedtraininstrongwindenvironmentrunningatahighspeed，Thesafeoperationofaerodynamicper