三维来流作用下桥面移动列车的气动导纳和风载突变效应

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51778544
项目类别：
面上项目
资助金额：
58.0万
负责人：
向活跃
依托单位：
西南交通大学
学科分类：
E0810.工程防灾
结题年份：
2021
批准年份：
2017
项目状态：
已结题
起止时间：
2018-01-01 至2021-12-31

项目参与者：
汪斌；李翠娟；张明金；鲍玉龙；徐昕宇；房忱；严乃杰；韩旭；唐平；
关键词：
三维来流移动车辆模型风载突变风—车—桥气动导纳

项目摘要

Aerodynamic admittance and sudden change of wind loads are the two main aspects of the nonstationary aerodynamic load of the moving vehicle on bridge decks, which is the precondition of fine analysis for moving vehicle under crosswinds. Firstly, the optimization method of pressure point positions on the surface of vehicle is proposed based on the adaptive sample strategies of surrogate model. Secondly, the impact mechanism of vehicle movement, relevance of buffeting force and wind barrier on the aerodynamic admittance are investigated by the wind tunnel test of moving vehicle models under the three-dimensional incoming flows. Thirdly, the wind tunnel test devices of two trains meeting each other are presented, and the change laws of sudden change of wind load for the different position of vehicles are investigated under three-dimensional incoming flows, as well, the effect of test methods are provided. Finally, the buffeting force model of moving vehicle on bridges are presented, and the effect of aerodynamic admittance and sudden change of wind loads on the vehicle dynamic performance are evaluated by the coupling vibration methods of wind-vehicle-bridge. The expected research achievements should have both academic and practical value.

气动导纳和风载突变效应是桥上移动列车非定常气动荷载的两个主要方面，是进行精细化行车抗风安全性分析的前提。首先，基于代理模型的自适应抽样策略，提出移动车辆表面风压测点布置的优化方法。其次，采用单线的移动车辆模型风洞试验，明确三维来流作用下车辆运动、抖振力相关性、风屏障等因素对桥上列车气动导纳的影响机理。再次，研制双线移动车辆模型风洞试验装置，研究三维来流作用下移动双车交会时，风载突变效应在车身不同位置的变化规律，明确试验方法的影响。最后，提出桥上移动车辆的抖振力模型，基于风-车-桥耦合振动的方法，评价气动导纳和双车交会对车辆动力性能的影响。预期研究成果兼具学术意义和实用价值。

结项摘要

以桥上移动车辆为研究对象，采用风洞试验、现场实测及数值仿真的方法，测试了三维来流作用下桥上移动车辆的气动特性、风载突变效应以及气动导纳，研究了多种列车的风-车-桥系统耦合振动。主要内容包括以下几个方面：1）优化列车表面压力测点分布，并验证了方法的可靠性。研制了一套静态车桥组合气动特性的测试装置、一套单车行驶的移动列车模型风洞试验装置和一套双车交会的移动列车模型风洞试验装置，从测试的平稳性、可重复性、测试结果的合理性等多个方面验证了装置的可靠性。2）基于研制试验装置，考察了桥上列车的气动特性、风屏障对移动列车的防风效果、列车风作用下汽车的风载突变、移动车辆气动导纳及横风作用下移动列车交会的风载突变效应。3）通过现场实测的方法研究了桥塔区遮风效应的风-车-桥耦合振动，测试了桥塔区风场分布、桥梁及车辆响应。4）建立了轮轨列车和空轨列车的风-车-桥耦合振动分析模型，研究了多种因素对列车动力响应的影响。结果表明，通过测点优化可减小测压点数量。研制的新型移动车辆模型风洞试验装置具有较好的可重复性和稳定性。风屏障对尾车的防风效果优于头车，风屏障风速折减系数与列车气动特性之间存在良好的相关性。使用桥梁上固定点的风谱获得的车辆气动导纳在低频被低估，静态测试导纳结果大于移动测试。动动双车交会的试验方法更准确，背风侧头车与尾车气动力突变有一定的差异。桥塔区防撞护栏孔隙率过大会导致背风侧车道风速系数比迎风侧车道波动大。车辆驶出背风侧桥塔时，观察到的横向响应突变明显。多肢塔挡风效应会使轮轨列车的加速度响应显著增加。风塔区域列车响应随风速增加显著增加。交会过程中风载突变效应对背风侧空轨列车的横向响应影响较大。曲线超高对列车的导向力和行走力影响较大。研究成果兼具学术意义和实用价值。