铁路运输论文_突变风作用下铁路声屏障的气动
文章目录
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.1.1 课题的研究背景
1.1.2 课题的研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状分析
1.2.2 国外研究现状分析
1.3 课题现有研究的不足
1.4 课题主要研究内容
1.4.1 声屏障表面的气动压力特性
1.4.2 列车风与自然风耦合载荷下声屏障的动力响应
本章小结
第二章 声屏障气动载荷数值仿真模型
2.1 计算模型
2.1.1 建立列车、声屏障几何模型
2.1.2 模型计算区域的确定
2.2 网格的划分以及动网格设置
2.3 边界条件
2.3.1 边界条件的确定
2.4 数值计算方法的设置
2.5 数值模拟方法的适用性验证
本章小结
第三章 横风对声屏障气动压力的影响
3.1 横风作用下列车驶过声屏障的压力分布
3.1.1 列车车鼻开始进入声屏障时气动压力分布
3.1.2 列车完全进入声屏障时气动压力分布
3.1.3 列车车尾驶出声屏障时气动压力分布
3.2 不同工况下声屏障气动压力的研究
3.2.1 列车的运行速度对声屏障气动压力的影响
3.2.2 轨道中心线与声屏障的距离对声屏障气动压力的影响
3.2.3 声屏障高度对声屏障气动压力的影响
3.2.4 风速值对声屏障气动压力的影响
本章小结
第四章 修正Chinese hat突变风对声屏障气动压力影响
4.1 动态突变风模型
4.1.1 Chinese hat突变风模型
4.1.2 基于“Chinese hat突变风模型”修正的突变风模型
4.2 突变风作用下列车驶过声屏障的气动压力分布
4.2.1 列车车鼻开始进入声屏障时气动压力分布
4.2.2 列车完全进入声屏障时气动压力分布
4.2.3 列车驶出声屏障时气动压力分布
4.3 不同工况下声屏障的气动压力研究
4.3.1 列车的运行速度对声屏障气动压力的影响
4.3.2 轨道中心线与声屏障的距离对声屏障气动压力的影响
4.3.3 声屏障高度对声屏障气动压力的影响
4.4 突变风滞后效应对声屏障气动压力的影响
4.5 突变风下会车时声屏障的气动压力分布
4.6 横风和突变风下气动压力的对比
本章小结
第五章 列车风与自然风耦合载荷下声屏障的动力响应
5.1 计算模型
5.1.1 建立有限元模型
5.1.2 模型的材料参数
5.1.3 模型网格划分
5.1.4 模型施加约束
5.2 声屏障的模态分布
5.2.1 自振频率与振型
5.3 脉动风载荷的加载
5.3.1 稳定风载荷的加载
5.3.2 突变风载荷的加载
5.4 横风下声屏障瞬态动力学分析
5.4.1 立柱、铝合金和透明板结构动力响应
5.4.2 声屏障的总变形量
5.4.3 声屏障的等效应力
5.5 突变风下声屏障瞬态动力学分析
5.5.1 立柱、铝合金和透明板结构动力响应
5.5.2 声屏障的总变形量
5.5.3 声屏障的等效应力
5.6 声屏障的关键结构安全性研究
本章小结
结论与展望
主要研究结论
研究展望
参考文献
致谢
文章摘要:高速列车在安装有声屏障的铁路上运行时会对声屏障产生瞬态脉动压力冲击,可能会使声屏障遭到损害。特别在沿海的大风地区,风速变化不定,作用时间也各不相同,这就使得在对声屏障进行结构设计时必须考虑其抗风压性能。为解决强风地区声屏障的安全问题,就需要对多种工况、多种环境条件下高速铁路的声屏障所承受的风压及动力响应进行分析,开展声屏障的抗风性能研究。本文研究内容分为两大部分,首先利用计算流体动力学分析的方法,在列车风和自然风耦合作用下对列车通过声屏障进行气动性能仿真,分别研究在不同类型风作用下,声屏障表面的气动力分布,对测点位置的气动力进行对比分析,研究风的类型、列车的速度、声屏障的高度以及车到声屏障的距离等对声屏障表面气动力的影响规律;分析两种风场作用下两车交会时声屏障的气动压力分布特点。其次,将气动模拟结果以函数形式映射到Workbench-Transient Structure软件中实现流固耦合仿真,对声屏障有限元模型进行瞬态动力学分析,研究声屏障的总变形量、等效应力及其模态分布特性。研究结果表明,当列车时速为350km/h声屏障距轨道中心线3.3m时产生的脉动压力为最大,且根部的气动压力最大,沿高度方向上先缓慢减小后较快减小。在横风作用下“头波”、“尾波”效果比较明显,突变风作用下声屏障的气动压力数量级要更大,滞后效应更为明显;在突变风函数1.5s～2.0s时间段内,“尾波”对声屏障的脉动风压值影响较大最大负压达到了-2775Pa,而横风产生的负压达到了-1391Pa,可见突变风对声屏障的脉动风压最大负值是横风的2倍。其次,模态分布显示不会发生结构共振现象。最后,头车和尾车通过声屏障区域时,透明板的加速度峰值最大为11.63m/s