时速500公里条件下的高速列车基础力学问题研究_毕业论文(编辑修改稿)

时速500公里条件下的高速列车基础力学问题研究_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

、系统的弹性作用1. 形成国内高速列车速度提升主要制约因素研究分析报告，高速列车既有成果的总结分析报告； 形成以了解轮轨、弓网、流固三个耦合激励源为主线，表征这三方面耦合振动 特性为目标的实验任务，并通过实验来验证围绕这三个因素建立的高速列车极速极限速度理论模型。 2. 完成依托京沪先导段科学试验研究的试验 方案 ；形成求解高速列车技术极限速度前期研究的理论分析研究报告。 3. 建立能够精确模拟高速列车底部流动的数值方法。 分析单车和两车交会压力波形成机理，提炼压力波影响要素。 掌握高速列车多尺度几何特性对气动阻力的影响机理。 4. 建立 时速 500公里条件下的含轮轨刚柔模型的车辆轨道耦合大系统动力学数值模型、轮轨滚动接触行为理论模型、轮轨黏着理论模型、黏着控制理论模型建模。 5. 建立列车、线路（轨道或桥梁）、弓网耦合系统 的流固耦合 动力学模型，研究其准确建模方法；研究高速列车动力载荷的等效简化模型与方法。 时速 500 公里条件下的高速列车基础力学问题研究 年度 研究内容 预期目标 和高速气流扰动的弓网耦合模型的建模和仿真方法；分析弓网电弧发展的规律以及每一阶段的宏观与微观特性，建立描述弓网电弧的动态方程和弓网电弧时空分布模型，揭示弓网电弧产生、发展及熄灭规律； 10. 研究 时速 500 公里条件下 ，利用系统动力学分析给出的边界条件与线路试验测量的振动数据进行列车部件振动分析方法，揭示气动力非均匀分布对部件振动特征的影响机理，建立气动力与车辆振动耦合作用下列车关键部件振动分析模型与方法。 11. 在时速 500 公里条件下， 建立列车、线路（轨道或桥梁）、弓网耦合系统 的流固耦合 动力学模型，研究其准确建模方法；研究高速列车动力载荷的等效简化模型与方法。 6. 建立描述弓网电弧的动 态方程和弓网电弧时空分布模型，揭示弓网电弧产生、发展及熄灭规律。 7. 发表学术论文 ~10篇；培养硕士研究生 ~10名。 第 二 年 5. 开展时速 500 公里实车线路试验，通过列车速度系列变化，测得列车阻力、升力和横向扰动力与速度的关系曲线，分析在时速500 公里条件下高速列车的气动阻力特性 ， 探索耦合条件下气动1. 通过实验 确定不同速度条件下列车运行阻力与速度的关系，揭示气动升力和侧向力大小、方向随速度增加的变化规律。 通过实验得到气动载荷、轮轨振动与轮轨作用力、弓网振动在 100500 公里范围内的特征。 时速 500 公里条件下的高速列车基础力学问题研究 年度 研究内容 预期目标 技术极限速度。 6. 完善与轮轨接触相关的理论模型并发展相应的数值程序，进行部分工况的轮轨接触行 为仿真；完成试验构件设计加工，调试试验装置，进行部分工况黏着特性试验 ，探索耦合条件下轮轨技术极限速度。 7. 完善并建立接触网的波动理论，提出准确的接触网波速表达形式；揭示弓网高速滑动和跳动接触行为，以及快速变化的接触网电压与负荷等因素对电弧的影响规律 ，探索耦合条件下弓网技术极限速度。 8. 研究列车、线路和弓网各子系统间的耦合关系及其表征方法；研究高速轮轨系统各种不平顺激扰的描述方法； 研究车体结构整体模态和局部模态特征及其频率范围 ； 研究列车高速运行时的气动激扰对列车（含 受电弓）作用关系。 2. 建立数值模拟 复杂地面效应下高速列车底部流动 的精确数值算法。 确定高速列车隧道压力波的主要影响因素，归纳出 阻塞比、舒适性三者之间的关系。 建立复杂气流激扰下气动载荷与车体振动及局部振动特性的关系。 3. 完成时速 500 公里条件下， 考虑滚动 /滑动、接触 /分离特征的轮轨三维弹性滚动接触模型。 初步确定接触疲劳对轮轨材料表层组织结构的影响规律。 完成高能束流非均匀改 性装置改造，使其能够加工处理时速 500 公里列车轮对。 4. 构建轮对、构架振动规律和频谱特征。 初步提出 列车、线路 等 各子系统间的耦合关系及其表征方法 ， 高速轮轨系统各种不平顺激扰的描述方法。 5. 掌握计及车体振动时弓网耦合系统的随机振动特性。 确定弓网系统的高速气流特征。 探明快速变化的接触网电压与负荷等因素对电弧的影响。 形成受电弓风洞试验报告。 6. 提出 求解高速列车技术极限速度的试验手段和理论方法； 完成 京沪先导段科学试验 关键参数与指标极值分布及规律研究分析报告 ； 细化为验证 高速列车技术极时速 500 公里条件下的高速列车基础力学问题研究 年度 研究内容 预期目标 限速度 理论模型需从黏着、轮轨、气动、弓网 关系等方面需要进一步进行的 试验 研究。 7. 发表学术论文 ~20 篇；培养硕士研究生 ~10 名，博士 生 ~5 名。 第 三 年 6. 时速 500 公里条件下的列车整车气动行为机理研究。 通过时速500 公里高速试验列车线路试验，结合 动模型试验和 数值模拟结果，分析复杂地面效应下高速列车表面分离涡流结构、大长细比列车表面边界层发展不稳定性等关键空气动力学特征。 7. 完善数值仿真程序，全面开展时速 500 公里 条件下的运行状态轮轨滚、滑、跳接触行为和 黏着特性 的 数值仿真。 借助于车辆轨道耦合动力学模型，完成不同速度等级运营条件下轮轨不平顺度安全阈 值。 完成轮轨黏着理论模型试验验证和轮轨表面高能束流非均匀改性试验研究及黏着控制试验。 8. 分析不同波速利用率下的弓网振动特性，提出接触网波速的最佳利用率和利用极限；辨识强气流扰动条件下弓网耦合振动和运动轨迹的演变规律；揭示高速运行1. 剖析实验数据，解耦气动载荷、轮轨振动与轮轨作用力、弓网振动在不同速度段对整车振动的影响。 2. 掌握高速列车与地面复杂形貌下的气流的流动现象以及涡流状态， 揭示单车通过隧道和隧道内交会等情形下，不同时刻隧道内气动参数的分布与变化规律 及 压缩波与膨胀波的 传播。 3. 建立强侧风﹑隧道交汇等强气流激扰下气动载荷与车体振动及局部振动特性的关系；掌握高速列车蛇行运动失稳特性（包括失稳频率 和振动幅值）对运行平稳性和安全性的影响规律； 4. 发现超高速运行条件下轮轨接触点轨迹 /斑和轮轨蠕滑率 /力的变化规律。 轮轨表面粗糙度和轮轨材料的表面性能对轮轨黏着特性的影响规律曲线。 单节车多轮对黏着同步控制策略和制动极限值。 通过轮轨表面高能束流非均匀改性 1:1 台架试验研究，为线路实验提供依据。 时速 500 公里条件下的高速列车基础力学问题研究 年度 研究内容 预期目标 条件下强气流对弓网电弧的影响规律。 9. 研究 内部结构与车体结构谐振、共振及多耦合振动特性，给出避免 乘坐舒适 度 恶化 与避免整车出现亚谐波共振、超谐波共振、组合共振、内共振等非线性现象的模态控制策略与方法。 10. 研究列车高速运行的轮对陀螺效应，车轮、转向架和车体惯量对运动稳定性的影响；掌握高速列车蛇 行运动失稳特性（包括失稳频率和振动幅值）对运行平稳性和安全性的影响规律；分析高速铁路地面和高架线路的轨道稳定性特性。 研究整车动力学响应分析方法。 5. 完成基于轮轨振动与载荷演化得到的高速列车运行稳定性及运行平稳性研究报告。 完善利用轮轨激励边界条件与实车测量振动数据高速列车进行运行模态分析的方法；给出运行速度对列车动力响应的影响规律。 6. 通过实验中的弓网振动特性，揭示接触网波速的最佳利用率和利用极限；确定接触网不平顺、车体振动对弓网随机振动特性的影响规律；给出合理的弓网流固耦合方式和加载方法；辨识非线性吊弦对弓网耦合振动特性的影响比重；建立强气流场下电弧动态模型，揭示弓网电弧在不同气流场下的形貌特征及等离子状态；形成受电弓气动特性试验研究报告；形成接触网振动及波动传播试验研究报告。 7. 建立单一因素（ 气动 、 轮轨 、 弓网 ）决定的高速列车 极限速度模型。 构建 各因素 耦合条件下， 满足系统整体性能的 高速列车技术极限速度 研究 模型。 8. 发表学术论文 ~30 篇；培养硕 士研究生 ~20 名，博士 生 ~10 名。 第 四 5. 通过时速 500 公里试验列车线路试验和数值模拟，分析时速 500公里条件下的列车非定常流动及1. 建立气动载荷、轮轨振动与轮轨作用力、弓网振动对整车平稳性及舒适性的影响的理论模型。 时速 500 公里条件下的高速列车基础力学问题研究 年度 研究内容 预期目标 年 其导致的列车表面压力周期性变化，研究 列车各车厢气动升力和横向力大小、方向随速度增加的变化规律。 6. 完善理论分析，得到 500km/h 条件下轮轨黏着理论和试验曲线；全面开展时速 500 公里条件下的轮轨黏着试验、轮轨接触表面形貌高能束流非均匀改性试验及黏着控制试验的实验结果分析。 7. 确定多弓受流状态下的接触网波动特征，揭示复杂波动源下接触网振动波的传播规律和干涉机制；揭示接触网不 平顺、弓网设计参数和弓网接触副廓型对弓网耦合振动及接触压力的影响规律；揭示弓网动态接触压力、接触副廓型、弓网接触斑形貌等对接触电阻的影响规律； 8. 将各种激扰在动力学模型中综合考虑， 发展流固耦合动力学分析模型， 研究 时速 500 公里条件下的 高速列车整车动力学响应特征。 研究车体结构在复杂 气动激扰力作用下 局部结构 颤振、 屈曲特性。 2. 揭示 列车各车厢气动升力和横向力大小、方向随速度增加的变化规律。 确定单列车通过隧道和隧道内两列车交会等情形下， 不同列车和隧道参数对流场结构与气动参数的分布和变化规律的影响。 3. 获取 轮轨﹑气动等多种激扰下车体结构 振动及局部振动规律，阐明各 激扰对振动的影响范围 ； 揭示 时速 500 公里条件下的 高速列车整车动力学演化规律。 4. 确定出时速 500km 条件下 轮轨粗糙度安全容限，轮轨模态和噪声辐射规律 ； 超高速运行条件下，轮轨黏着特 性 曲线 ； 三维条件下轮轨黏着特性曲线理论和试验结果对比 ； 多 节 车黏着控制和安全制动极限初步策略 ； 探索轮式列车的速度极限。 5. 揭示复杂波动源下接触网振动波的传播规律和干涉机制；确定轨道 车体 弓网系统间振动传递规律 ； 揭 示弓网设计参数、接触副廓型对弓网接触特性的影响规律；找出弓网接触压力、接触副廓型、弓网接触斑形貌与接触电阻的关系 ； 形成弓网受流性能线路试验研究报告 6. 提出在耦合条件下基于轮轨、弓网、流固三大耦合关系的 高速列车技术极限速度 的分析报告及理时速 500 公里条件下的高速列车基础力学问题研究 年度 研究内容 预期目标 论模型。 7. 发表学术论文 ~50 篇；培养硕士研究生 ~30 名，博士研究生 ~15 名；申请专利 12 项。 第 五 年 7. 综合分析线路实验、动模型实验和数值仿真等研究结果，分析时速 500 公里条件下的列车气动效应特征，建立列车随速度变化的气动效应综合分析体系；建立气动效应对高速列车运行安全 性、平稳性、舒适性及环境友好性的影响关系。 8. 完成高速轮轨接触行为和高速轮轨黏着的数值仿真。 深入进行高速轮轨黏着试验研究，得到考虑更多因素黏着规律曲线、动态安全 /脱轨准则。 优化高能束流非均匀改性轮轨表面接触形貌试验研究 和黏着控制方法。 9. 分析受电弓双向运行的气流差异、明线和隧道的。