检索结果-内蒙古大学图书馆

铁道科学与工程学报 2023年第8期20卷 3049-3060页

作者：方聪聪关煜彬周伟高广军中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全教育部重点实验室轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075

轨道车辆牵引电机轴承是重要的旋转支承部件,其高速运转过程中内部元件间产生复杂的接触、碰撞与冲击,是滚道表面疲劳损伤、保持架破损与电机振动噪声的重要来源,深入理解牵引电机轴承运转过程中内部元件的动力学特性,对于提高该关键部... 详细信息

轨道车辆牵引电机轴承是重要的旋转支承部件,其高速运转过程中内部元件间产生复杂的接触、碰撞与冲击,是滚道表面疲劳损伤、保持架破损与电机振动噪声的重要来源,深入理解牵引电机轴承运转过程中内部元件的动力学特性,对于提高该关键部件的设计与运维水平具有重要意义。首先,以牵引电机圆柱滚子轴承为研究对象,基于Lagrange多体动力学方法与耦合能量耗散的Hertz接触理论,考虑轴承各部件瞬态动态效应,建立轨道车辆牵引电机轴承的动力学模型。随后,通过与Harris经典理论分析结果对比,验证该模型的准确性。最后,对轨道车辆某型牵引电机轴承处于不同转速、载荷与径向游隙工况下的动力学特性进行分析。结果表明:低转速和径向载荷较小的情况下,在承载区滚子的接触载荷分布呈现较为明显的波动,随着转速加快和径向载荷增大,在承载区滚子的接触载荷分布波动趋于平缓。低转速和较大径向游隙的情况下,内圈质心轨迹朝向无序状态发展且有明显波动,当高转速和较小径向游隙时,内圈质心轨迹稳定且规律性提高,随着转速增大,内圈质心位移运动范围扩大。径向游隙增大的情况下,导致承载区滚子受力逐渐增大,滚子与内圈之间的相互作用力显著增加,从而内圈质心竖直方向加速度变大,运动范围变大且无序性增加。

关键词：多体动力学建模动力学特性轨道车辆牵引电机轴承

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高速列车客室内呼吸道飞沫传输规律的数值模拟研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第5期54卷 2049-2059页

作者：徐任泽伍钒刘欢钱博森中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 中南大学湘雅三医院湖南长沙410013

基于欧拉-拉格朗日模型,建立高速列车客室流场与呼吸道飞沫耦合运动、扩散的数值模拟方法,研究飞沫初始释放位置、粒径以及速度对飞沫传输规律的影响。研究结果表明:在送风系统、客室内部结构以及乘客热羽流的共同作用下,各位置释放的... 详细信息

基于欧拉-拉格朗日模型,建立高速列车客室流场与呼吸道飞沫耦合运动、扩散的数值模拟方法,研究飞沫初始释放位置、粒径以及速度对飞沫传输规律的影响。研究结果表明:在送风系统、客室内部结构以及乘客热羽流的共同作用下,各位置释放的同一粒径的飞沫蒸发速率差异较小;所考虑的散送-散回送风系统具有较好的对称性,超过95%的飞沫聚集在飞沫释放侧,只有极少量飞沫流动到中间过道以及非释放侧空间中;大粒径(大于100μm)飞沫由于重力作用,在6 s内快速沉降到客室表面,且主要集中在释放者周围1 m范围内,而小粒径(10μm)飞沫则在短时间快速蒸发并跟随客室气流一起运动,因此,小粒径飞沫比大粒径飞沫扩散范围更广;与说话产生的飞沫扩散范围(纵向、横向、垂向的最大移动距离分别为0.89、0.76和1.21 m)相比,在喷嚏的强射流作用下,呼吸道飞沫的最大扩散范围明显提高(最大移动距离分别增加4.87、2.59和1.09倍)。

关键词：高速列车客室流场呼吸道飞沫飞沫扩散多尺度仿真

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轴向载荷下蜂窝填充薄壁锥管的吸能特性

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中南大学学报（自然科学版） 2019年第10期50卷 2613-2621页

作者：李本怀鲁寨军朱慧芬许平中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130062 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075

基于数值仿真和台车冲击实验,研究轴向载荷下隔板、蜂窝填充对薄壁锥管变形模式、吸能性能的影响。考虑填充蜂窝尺寸影响,提出蜂窝分段均匀填充结构和梯度蜂窝填充结构2种改进方案,并分析其吸能特性。研究结果表明:在轴向载荷下,薄壁锥... 详细信息

基于数值仿真和台车冲击实验,研究轴向载荷下隔板、蜂窝填充对薄壁锥管变形模式、吸能性能的影响。考虑填充蜂窝尺寸影响,提出蜂窝分段均匀填充结构和梯度蜂窝填充结构2种改进方案,并分析其吸能特性。研究结果表明:在轴向载荷下,薄壁锥管、加隔板锥管、蜂窝填充带隔板锥管这3种结构的吸能量分别为73.2,133.2和221.0kJ;隔板的增加使薄壁管的吸能量增加82.0%,填充蜂窝和隔板的增加使薄壁管的吸能量增加201.9%;由于蜂窝与薄壁管的相互影响,与原始蜂窝填充吸能结构相比,改进结构C1和C2在轴向冲击下的吸能量分别提高21.1%和24.3%;隔板与蜂窝的共同作用可以提高薄壁锥管的吸能量,同时变形更加稳定、有序可控。

关键词：薄壁锥管蜂窝填充结构隔板轴向载荷吸能特性

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转向架腹板结构对高速列车气动噪声的影响

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 924-935页

作者：袁野杨明智中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075

随着列车运行速度的不断提高,气动噪声问题日益突出,需要有效控制高速列车的气动噪声。为降低高速列车转向架区域的气动噪声,基于IDDES模型与FW-H声学方程,建立转向架不安装腹板及安装腹板的1:8缩比模型,通过数值仿真探究400 km时速下,... 详细信息

随着列车运行速度的不断提高,气动噪声问题日益突出,需要有效控制高速列车的气动噪声。为降低高速列车转向架区域的气动噪声,基于IDDES模型与FW-H声学方程,建立转向架不安装腹板及安装腹板的1:8缩比模型,通过数值仿真探究400 km时速下,转向架区域安装腹板后流场特性、噪声源强度、远场辐射噪声频谱特性和声压级幅值的变化,分析腹板对整车及转向架区域气动噪声的影响。研究结果表明:转向架区域底部安装腹板后,腹板的导流作用减缓了转向架部位的流体冲击和流体相互作用,抑制了转向架区域涡的形成,各频率下,转向架前、后轮对及构架的脉动压力级明显减小,有效降低了转向架区域气动噪声源的强度;转向架安装腹板后,各测点在200~1 000 Hz以及2 000 Hz以上频段的声压级幅值下降,其远场辐射噪声总声压级幅值也有所降低,其中,整车远场辐射噪声总声压级平均值降低2.33 dB(A),转向架辐射噪声总声压级平均值降低4.03 dB(A),转向架辐射噪声能量占整车辐射噪声能量的比例从53.2%下降到27.8%,转向架区域气动噪声得到有效控制;头车一位端转向架的降噪效果最好,辐射噪声总声压级平均值下降了5.88 dB(A),腹板对转向架辐射噪声的控制主要体现在对前、后轮对及构架等部件辐射噪声的控制。研究结果可为进一步优化高速列车气动噪声提供一定参考。

关键词：气动噪声高速列车转向架腹板流场降噪

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400 km/h高速列车过隧道时列车风特性研究

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中国安全科学学报 2024年第1期34卷 106-115页

作者：熊小慧张朵朵耿语堂杨波唐明赞陈光中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075

为探明400 km/h高速列车在隧道内运行时的列车风特性,采用三维、非定常、可压缩和可实现的k-ε湍流模型进行数值模拟计算,分析隧道内列车风时域演变特征和空间分布特征,并按照列车各部分到达和驶离测点的时间对车体周围流场进行分区,采... 详细信息

为探明400 km/h高速列车在隧道内运行时的列车风特性,采用三维、非定常、可压缩和可实现的k-ε湍流模型进行数值模拟计算,分析隧道内列车风时域演变特征和空间分布特征,并按照列车各部分到达和驶离测点的时间对车体周围流场进行分区,采用5个特征参数衡量各区域内列车风速度的变化,探讨列车编组长度和隧道长度对列车风的影响。研究结果表明:隧道内列车风时域变化特征受列车运行位置和隧道内压力波传播的显著影响;列车风正峰值会随着列车编组长度、列车速度的增大而增加,且峰值到达时刻分别延后和提前,8车编组对应的列车风正峰值相较于3车编组时增加68.75%,400 km/h时的列车风正峰值相较于300 km/h时增加22.65%;同种隧道长度下的列车风速度最大正峰值出现在隧道中点位置处,且此处的波动更为剧烈复杂,主要是压缩波和膨胀波叠加得更加频繁。长隧道内压力波系叠加对列车风速度峰值的影响减弱,当隧道长度达到3 km时,列车风正峰值相较于1 km长度时下降30.70%。

关键词：高速列车 400 km/h高速铁路隧道列车风数值模拟

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基于查表插值算法的高压CO_(2)管道泄漏瞬态特性数值模拟

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安全与环境学报 2023年第2期23卷 442-450页

作者：鲁寨军王甲强张梓轩孙永龙王根达刘东润中南大学轨道交通安全教育部重点实验室长沙410075 轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室长沙410075 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心长沙410075

为准确高效地模拟高压CO_(2)管道泄漏的瞬态特性,基于Fluent仿真平台,利用用户自定义真实气体模型(User Defined Real Gas Model,UDRGM)和用户自定义函数(User Defined Function,UDF),结合查表法和双线性插值法建立CO_(2)的真实气体模型... 详细信息

为准确高效地模拟高压CO_(2)管道泄漏的瞬态特性,基于Fluent仿真平台,利用用户自定义真实气体模型(User Defined Real Gas Model,UDRGM)和用户自定义函数(User Defined Function,UDF),结合查表法和双线性插值法建立CO_(2)的真实气体模型,并将压力驱动的Lee模型通过用户自定义函数嵌入Fluent求解器来模拟CO_(2)的非平衡相变过程,建立了高压CO_(2)管道泄漏的非平衡相变数值模型。通过与Botros等的试验数据进行对比分析,验证了该模型的准确性。在此基础上,对比了上述模拟方法与编译S-W(Span-Wagner)状态方程模拟方法的精度和效率,最后使用本模型研究了不同初始压力对高压CO_(2)管道泄漏瞬态特性的影响。结果表明:两种模拟方法精度接近,最大相差为7.37%,但提出的模拟方法效率明显优于编译S-W状态方程的模拟方法,计算时间相较缩短约86.9%;初始压力为11.27 MPa的最大总出口质量流量比4.36 MPa的大7.24 kg/s,而对应的气相CO_(2)出口质量流量却低0.14 kg/s;初始压力为11.27 MPa和4.36 MPa对应的近场最大射流流速分别为155.12 m/s和175.50 m/s;管内初始压力越低,泄漏后到达亚稳态时过热度越大,管内及泄漏口附近相变程度越剧烈,气相出口质量流量越大,近场射流峰值速度越大。这项研究可为工业规模管道泄漏的模拟和管道泄漏的三维模拟提供更高效的方式。

关键词：安全工程环境工程二氧化碳非平衡相变计算流体力学管道泄漏气液两相流数值模拟

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铁道车辆底架前端承载式吸能结构设计及优化

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第5期53卷 1760-1769页

作者：谢素超杜炫锦马闻中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075

列车在碰撞过程中,车辆底架前端极易发生变形,而现有底架主要设计为承载结构,不具有吸能能力,因此,承载吸能一体式车辆底架结构对列车被动安全保护起到非常重要的作用。为此,采用拓扑优化方法对某列车头车原型车底架前端正面碰撞下的耐... 详细信息

列车在碰撞过程中,车辆底架前端极易发生变形,而现有底架主要设计为承载结构,不具有吸能能力,因此,承载吸能一体式车辆底架结构对列车被动安全保护起到非常重要的作用。为此,采用拓扑优化方法对某列车头车原型车底架前端正面碰撞下的耐撞性能进行改进。根据拓扑优化结果,提出无填充方管四纵梁设计和泡沫填充方管四纵梁设计的2种耐撞性方案,同时与原始方案进行对比。研究结果表明:由这2种优化方案所得的碰撞力峰值均比原始设计方案所得的峰值低,无填充方管四纵梁设计密实化阶段碰撞力上升至2.73035 MN开始卸载,其碰撞力峰值比原始设计值降低51.51%,泡沫填充方管四纵梁设计的吸能量比方管四纵梁设计的吸能量提升12.19%。

关键词：铁道车辆能量吸收结构设计拓扑优化泡沫铝

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缓冲结构长度对600 km/h磁浮列车通过隧道时的压力波特性影响分析

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第5期53卷 1668-1678页

作者：张洁王雨舸韩帅王璠高广军熊小慧中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075

当磁浮列车高速进入隧道时,前方气流由于受到隧道壁面限制而被压缩,形成初始压缩波。初始压缩波在隧道内传播过程中将引起强烈的压力波动,并在隧道出口产生噪声音爆,严重影响隧道内部辅助设施及洞口周围环境,尤其当磁浮列车速度达到600 ... 详细信息

当磁浮列车高速进入隧道时,前方气流由于受到隧道壁面限制而被压缩,形成初始压缩波。初始压缩波在隧道内传播过程中将引起强烈的压力波动,并在隧道出口产生噪声音爆,严重影响隧道内部辅助设施及洞口周围环境,尤其当磁浮列车速度达到600 km/h及以上时,这一空气动力学效应更加显著,为此,需对更高速磁浮列车通过隧道时引发的压力突变问题及相应的缓解措施进行研究。基于三维非定常、可压缩N-S方程,结合k-ε湍流模型研究600 km/h磁浮列车通过长度2 km隧道时的压力波特性,分析隧道不同横截面测点的压力变化以及压力梯度,探明截面扩大型缓冲结构长度对隧道入口初始压缩波以及隧道出口微气压波的影响规律。研究结果表明:压缩波在隧道内传播过程中,压缩波后部的速度大于前部的速度,导致初始压缩波产生激化现象;在隧道口增设缓冲结构后,初始压缩波压力梯度幅值和微气压波幅值均减小;当缓冲结构长度增至100 m时,初始压缩波压力梯度幅值和微气压波幅值均达到最小值;与无缓冲结构相比,增设缓冲结构后,隧道出口20 m处的微气压波幅值减少60.0%,隧道出口50 m处的微气压波幅值减小58.9%;随着缓冲结构长度进一步增加,初始压缩波压力梯度幅值和微气压波幅值基本保持不变。

关键词：磁浮列车缓冲结构初始压缩波微气压波数值模拟

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裙板格栅方向对高速列车设备舱通风性能影响研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第2期51卷 132-143页

作者：姜琛汤鑫高广军洪晨周果龙金兰曾雪莲王璠轨道交通安全教育部重点实验室(中南大学) 湖南长沙410075 轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082

为研究不同方向格栅对高速列车车下设备舱通风性能的影响,以一段某型高速列车实车所用设备舱为试验对象开展了风洞试验,同时基于Realizable k-ε湍流模型构建了风洞试验的数值计算模型.通过风洞试验结果验证了数值模型的准确性,并获得... 详细信息

为研究不同方向格栅对高速列车车下设备舱通风性能的影响,以一段某型高速列车实车所用设备舱为试验对象开展了风洞试验,同时基于Realizable k-ε湍流模型构建了风洞试验的数值计算模型.通过风洞试验结果验证了数值模型的准确性,并获得了一套适用于设备舱裙板格栅区域的网格划分参数.基于经风洞试验验证的数值模型和网格划分参数,建立了头车包含设备舱的三车编组数值计算模型.以不同方向格栅(竖向和横向)为研究对象,分析了300 km/h速度等级下设备舱格栅通风口的通风量及设备舱内部的速度分布情况.结果表明:装配两种格栅时,设备舱的总进风质量流率基本一致,其中,装配竖向格栅时,其两侧的进风质量流率基本一致,但装配横向格栅时,其两侧的进风质量流率有所差异,相较于前者,其y-侧的质量流率减少了6.59%,y+侧的增加了6.79%.装配竖向格栅时,气流均匀地从整个格栅区域进入,其进入方向与列车运行方向相同,且速度较小;装配横向格栅时,气流集中从格栅右侧区域进入,其进入方向与列车运行方向相反,且速度较大.通过综合对比质量流率及设备舱空间气流速度,发现装配横向格栅时的通风性能较优.

关键词：格栅设备舱风洞数值模拟

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流线型长度对重联高速列车明线运行气动性能的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第9期54卷 3762-3775页

作者：谢子豪武振锋李健安乐中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

为了研究重联列车的空气动力学特征,首先,建立了3种不同头部流线型长度的列车模型,其中重联列车计算模型由2列3辆编组的列车连挂组成,非重联列车计算模型为6辆编组;其次,使用三维、定常、不可压缩N-S方程和RANS方法对列车明线匀速运行... 详细信息

为了研究重联列车的空气动力学特征,首先,建立了3种不同头部流线型长度的列车模型,其中重联列车计算模型由2列3辆编组的列车连挂组成,非重联列车计算模型为6辆编组;其次,使用三维、定常、不可压缩N-S方程和RANS方法对列车明线匀速运行时的流场进行模拟计算,并验证网格无关性和算法准确性;最后,对比分析了重联区域的特殊结构对列车气动性能的影响。研究结果表明:在运行条件相同时,重联列车的阻力始终大于非重联列车的阻力,但随着列车运行速度增加,两者的阻力差异逐渐降低,当列车运行速度为350 km/h时,两者阻力相对误差为14.5%;增加车头流线型长度能显著降低列车气动阻力和升力,且对重联列车减阻效果更显著。流线型长度从6 m增加到12 m,重联列车与非重联列车气动阻力分别降低了15.9%和12.5%;重联列车头车和尾车的升力分别降低27.8%和43.7%,与非重联列车头、尾车升力降低幅度基本一致;流线型长度变化对重联列车各节车辆的气动力影响并不一致;随着流线型长度增加,重联区域前部相邻车辆的阻力增加,后方相邻车辆的阻力则逐渐减小。受自身结构对称性影响,重联区域前后两列列车表面压力变化梯度具有较高的一致性,仅数值上存在差异。

关键词：重联高速列车数值模拟流线型长度列车空气动力学

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