高速列車駛?cè)胨淼罆r(shí)受電弓流固耦合特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著高速列車運(yùn)營速度的不斷提高，弓網(wǎng)受到強(qiáng)氣流的沖擊的影響非常明顯，弓網(wǎng)接觸壓力明顯受到氣動(dòng)載荷的影響。同時(shí)在強(qiáng)氣流作用下，受電弓將產(chǎn)生流致振動(dòng)現(xiàn)象，使得受電弓上臂桿、下臂桿、底架、弓頭等部件的產(chǎn)生明顯的柔性變形。尤其當(dāng)列車駛?cè)胨淼罆r(shí)，因?yàn)樗淼辣诿娴南拗?，與運(yùn)行于開闊的明線空間相比，受電弓受到的氣動(dòng)載荷的急劇增加和變化，使得弓網(wǎng)無法穩(wěn)定受流，并可能導(dǎo)致受電弓部件的疲勞破壞。因此研究高速列車進(jìn)入隧道及高速明線行駛時(shí)，受電弓的氣動(dòng)特性及流固

2、耦合特性很有必要。
　　本文應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)軟件STAR-CCM+，使用其計(jì)算流體力學(xué)模塊、固體力學(xué)學(xué)模塊、流固耦合(FSI)模塊，基于高速列車其及CX-PG型高速受電弓的真實(shí)模型，采用合理的計(jì)算流場(chǎng)有限體積網(wǎng)格劃分策略、受電弓固體力學(xué)學(xué)模型的有限元四面體網(wǎng)格劃分策略，分別對(duì)高速列車駛?cè)胨淼篮兔骶€運(yùn)行兩種工況下受電弓所受氣動(dòng)力及其應(yīng)力及變形等進(jìn)行了實(shí)時(shí)的耦合求解的數(shù)值模擬研究。得出兩種條件下流場(chǎng)區(qū)域分布特性及高速列車及受電弓的氣動(dòng)

3、特性、受電弓應(yīng)力及變形等流固耦合特性。其中對(duì)高速列車駛?cè)胨淼赖哪M，使用了重疊網(wǎng)格方法。并通過與京滬線CRH2-150C高速列車通過鳳凰臺(tái)隧道時(shí)的實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證高速列車駛?cè)胨淼肋^程中列車計(jì)算流場(chǎng)的合理性及正確性。
　　通過對(duì)高速列車以350km/h駛?cè)胨淼肋^程的三維可壓縮非定常湍流流動(dòng)數(shù)值模擬研究，分析了高速列車駛?cè)胨淼肋^程中，高速列車整車及受電弓的氣動(dòng)特性、高速受電弓的應(yīng)力及變形等流固耦合特性隨時(shí)間變化規(guī)律。其中主要

4、分析高速列車進(jìn)入隧道過程中的高速列車周圍及列車表面的壓力分布、隧道內(nèi)典型測(cè)點(diǎn)的壓力波特性、高速列車車身典型測(cè)點(diǎn)壓力波特性、受電弓典型測(cè)點(diǎn)的壓力波特性、高速列車整車所受的的氣動(dòng)阻力及氣動(dòng)升力特性、受電弓所受的氣動(dòng)阻力及氣動(dòng)升力特性等高速列車與受電弓的氣動(dòng)特性，以及受電弓應(yīng)力隨時(shí)間變化特性、受電弓位移隨時(shí)間變化規(guī)律等受電弓流固耦合特性。并在最后分析了駛?cè)胨淼肋^程中列車速度的影響特性。
　　通過對(duì)高速列車以350km/h明線穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的

5、三維不可壓縮定常湍流流動(dòng)數(shù)值模擬研究，分析了高速列車明線穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)高速列車整車及受電弓的氣動(dòng)特性、高速受電弓的應(yīng)力及變形等流固耦合特性特點(diǎn)。其中主要分析了高速列車明線穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)高速列車周圍明線開闊流場(chǎng)及列車表面的壓力分布、高速列車整車受到的氣動(dòng)阻力及氣動(dòng)升力等氣動(dòng)特性、受電弓受到的氣動(dòng)阻力及氣動(dòng)升力等高速列車及受電弓的氣動(dòng)特性，以及受電弓應(yīng)力分布、變形分布等流固耦合特性。并在最后分析了明線運(yùn)行時(shí)列車速度的影響特性。
　　本文研究并