【摘要】：當(dāng)列車在側(cè)向風(fēng)作用下運(yùn)行時(shí),若分析中的人為因素導(dǎo)致作用在列車上的脈動(dòng)風(fēng)速發(fā)生突變,或者列車周圍的風(fēng)場(chǎng)環(huán)境發(fā)生局部突變導(dǎo)致列車氣動(dòng)性能發(fā)生較大改變,那么作用在列車上的風(fēng)荷載也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的突變現(xiàn)象。針對(duì)三種側(cè)向風(fēng)作用下列車所受風(fēng)荷載出現(xiàn)突變的現(xiàn)象,進(jìn)行了風(fēng)荷載突變對(duì)側(cè)向風(fēng)作用下列車運(yùn)行性能的影響研究,并進(jìn)一步探討了考慮車輛運(yùn)動(dòng)的紊流風(fēng)場(chǎng)的特性。首先,基于希爾伯特—黃變換方法,探討了采用固定點(diǎn)風(fēng)譜的傳統(tǒng)風(fēng)場(chǎng)模擬方法來獲得作用在車輛上的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程時(shí),風(fēng)場(chǎng)模擬點(diǎn)間距對(duì)作用在高速移動(dòng)車輛上短時(shí)脈動(dòng)風(fēng)速場(chǎng)時(shí)頻特性的影響。同時(shí),采用概率統(tǒng)計(jì)方法,得到了作用在移動(dòng)車輛上脈動(dòng)風(fēng)速突變的概率密度分布,分析了風(fēng)場(chǎng)模擬點(diǎn)間距、平均風(fēng)速和車速對(duì)脈動(dòng)風(fēng)速突變的影響。此外,利用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件實(shí)現(xiàn)了高速列車車輛在氣動(dòng)力荷載作用下的動(dòng)力學(xué)仿真,探討了人為離散風(fēng)場(chǎng)導(dǎo)致的作用在移動(dòng)列車上脈動(dòng)風(fēng)荷載突變對(duì)車輛動(dòng)力響應(yīng)的影響。進(jìn)一步地,基于主成分分析法,對(duì)側(cè)向風(fēng)作用下移動(dòng)列車車輛在不同風(fēng)場(chǎng)模擬點(diǎn)間距下的運(yùn)行性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。其次,為了解決傳統(tǒng)風(fēng)場(chǎng)模擬方法中人為離散風(fēng)場(chǎng)導(dǎo)致的作用在車輛上的脈動(dòng)風(fēng)速出現(xiàn)突變的問題,針對(duì)我國《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的縱向脈動(dòng)風(fēng)譜,基于泰勒“凍結(jié)”紊流假設(shè)和各向同性紊流模型,推導(dǎo)了相對(duì)于地面靜止點(diǎn)處側(cè)向脈動(dòng)分量的自相關(guān)系數(shù)函數(shù),縱向脈動(dòng)分量和側(cè)向脈動(dòng)分量的互相關(guān)系數(shù)函數(shù)。進(jìn)一步地,推導(dǎo)了考慮車輛運(yùn)動(dòng)的紊流相關(guān)系數(shù)函數(shù)和紊流功率譜密度函數(shù)。此外,提出了閉合解表達(dá)式來近似代表考慮車輛運(yùn)動(dòng)的紊流相干函數(shù)。探討了速度比（車速與平均風(fēng)速之比）和車輛運(yùn)動(dòng)方向與平均風(fēng)方向之間的夾角對(duì)考慮車輛運(yùn)動(dòng)的紊流風(fēng)場(chǎng)特性的影響。再次,在側(cè)向風(fēng)作用下橋上列車雙車交會(huì)時(shí),對(duì)背風(fēng)側(cè)列車中間車的側(cè)向力系數(shù)和升力系數(shù)進(jìn)行了數(shù)值擬合,提出了交會(huì)過程中車輛氣動(dòng)力系數(shù)時(shí)程曲線的近似擬合公式。通過多體動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算分析了側(cè)向風(fēng)作用下橋上雙車交會(huì)時(shí)突變風(fēng)荷載對(duì)列車運(yùn)行性能的影響。此外,采用簡(jiǎn)化的雙車交會(huì)過程氣動(dòng)荷載計(jì)算得到了列車車輛的動(dòng)力響應(yīng),并與考慮雙車交會(huì)過程中氣動(dòng)力系數(shù)實(shí)際波動(dòng)的列車車輛響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,探討了雙車交會(huì)過程氣動(dòng)荷載的簡(jiǎn)化處理方法對(duì)列車車輛動(dòng)力響應(yīng)的影響。最后,基于移動(dòng)車輛模型風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試得到的列車通過橋塔時(shí)車輛氣動(dòng)力系數(shù)時(shí)程的試驗(yàn)數(shù)據(jù),采用多體動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算探討了側(cè)向風(fēng)作用下橋塔遮風(fēng)效應(yīng)中突變風(fēng)荷載對(duì)列車運(yùn)行性能的影響�？紤]車輛運(yùn)動(dòng)的紊流風(fēng)場(chǎng)特性的分析結(jié)果表明：隨著速度比的增加,考慮車輛運(yùn)動(dòng)的紊流功率譜密度函數(shù)在高頻范圍有顯著的增加,尤其是在0.2Hz～4.0Hz范圍內(nèi),移動(dòng)車輛所“感受”到的風(fēng)場(chǎng)能量增加明顯。這意味著由于車輛運(yùn)動(dòng)的影響,移動(dòng)車輛在其卓越頻率范圍內(nèi)“感受”到了更高的風(fēng)場(chǎng)能量,從而導(dǎo)致車輛受到更大的氣動(dòng)荷載作用。此外,隨著速度比的增加,均方根相干函數(shù)值會(huì)相應(yīng)增大,這意味著考慮車輛運(yùn)動(dòng)后的紊流風(fēng)場(chǎng)以及作用在車輛上的氣動(dòng)荷載均有更強(qiáng)的空間相關(guān)性。同時(shí),隨著速度比的增加,考慮車輛運(yùn)動(dòng)后的紊流相干函數(shù)和功率譜密度函數(shù)均會(huì)增大,作用在車輛上的氣動(dòng)荷載也會(huì)相應(yīng)增加,從而導(dǎo)致車輛的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)更為顯著。風(fēng)荷載突變對(duì)列車運(yùn)行性能影響的分析結(jié)果表明：突變的風(fēng)荷載會(huì)影響側(cè)向風(fēng)作用下列車運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性。尤其是當(dāng)風(fēng)速和（或）列車車速較高時(shí),風(fēng)荷載突變的不利效應(yīng)更加不容忽視。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U270.11;U441.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2387079