基于流固耦合方法研究高速列车横风运行安全性能

【作者】 雷国茂； 张继业； 李田；

【机构】 西南交通大学牵引动力国家重点实验室；

【摘要】 以往研究高速列车横风运行安全性能的方法是:首先利用计算流体力学软件计算横风下高速列车所受的气动载荷,然后将其得到的气动载荷以力元的形式加载到高速列车动力学模型中,通过求得高速列车横风运行安全性指标,以此来评定横风下高速列车的运行安全性能,即列车空气动力学计算与列车车辆系统动力学计算是相互独立的。但是横风下高速列车的姿态时刻在发生变化,列车姿态的变化会引起列车周围流场的变化,进而会引起列车流场力的变化,而在流场力的作用下,列车的运行姿态又会发生变化,进而加剧流场的变化,这种相互反馈作用将使空气-列车系统处于待定的耦合振动形态之中。因此,本文基于流固耦合方法,分别建立列车空气动力学计算模型和列车多体系统动力学模型,通过实时参数传递,即FLUENT计算得到的气动参数(侧力、升力、侧滚力矩、摇头力矩、点头力矩),传递给SIMPACK,然后SIMPACK进行动力学仿真得到列车运动参数(横移、沉浮、侧滚、点头、摇头和姿态变化速度),传递给FLUENT,FLUENT再进行气动力计算,如此循环进行,以实现FLUENT和SIMPACK流固联合仿真。通过以上方法,可以研究不同横风环境下,列车的运行安全性能,得到列车的运行安全性指标,并根据列车动力学相关标准,确定列车的安全运行速度域,为横风下运行的高速列车提供理论指导。更多还原