五种不同头型列车隧道交会安全性分析

【作者】 孟添； 张继业； 李田； 雷国茂；

【机构】 西南交通大学力学与工程学院；

【摘要】 随着铁路技术的不断发展,列车运行速度不断的提高;由于地势复杂,隧道是铁路工程中不可缺少的,因此列车在运行过程中不可避免的驶入和驶出隧道。列车高速通过隧道引起的空气动力学效应对列车的运行安全性和舒适性以及隧道周围环境均有不良影响。列车在隧道中交会使得空气动力效应更加复杂,本文结合空气动力学、计算多体系统动力学对五种不同头型高速列车隧道交会气动性能进行了分析,讨论了这几种头型对列车隧道交会气动性能的影响。首先基于三维粘性、可压缩、非稳态的N-S方程及k-?两方程湍流模型,利用Fluent软件建立时速350km五种不同头型列车,相同头型隧道内等速会车流场数值计算模型,分析了不同头型列车隧道交会对隧道内压力波、隧道出口微气压波和列车的气动力特性的影响;然后,基于计算多体系统动力学理论,利用SIMPACK软件建立高速列车多体系统动力学模型,将气动力加载到模型中,计算列车在德国低干扰谱下的动力学响应。经过计算分析,可以得到以下结论:隧道壁面测点压力及车体表面测点压力值相差不大,隧道壁面测点压力峰峰值最大相差135Pa;车体表面测点压力峰峰值最大相差214Pa。距隧道出口20m处微气压波最大值均超过50Pa,其中C型车最小,E型车最大。各车阻力E型车都最大,A和C型车最小,总阻力C型车最小,E型车最大,且比C型车大3.15%;各节车侧力幅值C车最小,D型车最大,且比C型车大10.9%;侧滚力矩、点头力矩、摇头力矩的幅值都是C型车最小,其中侧滚力矩的最大幅值比C型车大11.5%。各型车安全性指标均低于相关规定值,与不加气动载荷时相比,C和D型车头车轮重减载率增加在8.2%左右,A型车增加最大为11.2%,其次为E型车为10.2%。综合比较五种头型列车的气动性能和安全性能,C型车较好。更多还原