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基于非定常气动特性的高架动车组振动特性试验研究

黄尊地 常宁

黄尊地, 常宁. 基于非定常气动特性的高架动车组振动特性试验研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(24): 233-242. doi: 10.3901/JME.2022.24.233
引用本文: 黄尊地, 常宁. 基于非定常气动特性的高架动车组振动特性试验研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(24): 233-242. doi: 10.3901/JME.2022.24.233
HUANG Zundi, CHANG Ning. Experimental Research on Vibration Characteristics of Viaduct Operation EMU Based on Unsteady Aerodynamic Characteristics[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2022, 58(24): 233-242. doi: 10.3901/JME.2022.24.233
Citation: HUANG Zundi, CHANG Ning. Experimental Research on Vibration Characteristics of Viaduct Operation EMU Based on Unsteady Aerodynamic Characteristics[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2022, 58(24): 233-242. doi: 10.3901/JME.2022.24.233

基于非定常气动特性的高架动车组振动特性试验研究

doi: 10.3901/JME.2022.24.233
基金项目: 

广东省基础与应用基础研究基金区域联合基金-青年基金 2019A1515111052

广东省教育厅“创新强校工程” 2017KQNCX205

详细信息
    作者简介:

    黄尊地, 男, 1987年出生, 副教授, 硕士研究生导师。主要研究方向为轨道交通空气动力学。E-mail: wyuhzd@163.com

    通讯作者:

    常宁(通信作者), 女, 1984年出生, 讲师。主要研究方向为轨道交通车辆工程。E-mail: wydxcn@163.com

  • 中图分类号: U270

Experimental Research on Vibration Characteristics of Viaduct Operation EMU Based on Unsteady Aerodynamic Characteristics

  • 摘要: 定常横风引起的非定常气动特性影响高架运行列车的安全性和舒适性。开展定常横风下高架动车组的风洞试验,测试记录其车体表面压力时程曲线,进而分析其非定常气动特性及振动特性。试验结果表明,同一侧滑角同一风速下,车体中部同一侧测点的时程压力平均值差别不大,基本相等。当侧滑角保持90°不变时,测点气动压力的平均值、最大值和最小值与合成风速的二次方成正比;随着风速的增加,测点非定常压力波动加剧,波动幅度显著增大。当合成风风速保持60 m/s不变时,测点气动压力的平均值、最大值和最小值与侧滑角的1.27次方成正比;随着侧滑角的增大,测点的峰峰值呈现抛物线变化规律,非定常波动幅度先减小后增大。高架动车组车体的主振频率带随横风风速的增大基本保持不变,随侧滑角的增大基本保持不变;振动频率均在0~18 Hz范围内,并明显存在几个主要振动频率带,分别为8~10 Hz、0~2 Hz、14~16 Hz及16~18 Hz。

     

    定常横风引起的非定常气动特性影响高架运行列车的安全性和舒适性。开展定常横风下高架动车组的风洞试验,测试记录其车体表面压力时程曲线,进而分析其非定常气动特性及振动特性。试验结果表明,同一侧滑角同一风速下,车体中部同一侧测点的时程压力平均值差别不大,基本相等。当侧滑角保持90°不变时,测点气动压力的平均值、最大值和最小值与合成风速的二次方成正比;随着风速的增加,测点非定常压力波动加剧,波动幅度显著增大。当合成风风速保持60 m/s不变时,测点气动压力的平均值、最大值和最小值与侧滑角的1.27次方成正比;随着侧滑角的增大,测点的峰峰值呈现抛物线变化规律,非定常波动幅度先减小后增大。高架动车组车体的主振频率带随横风风速的增大基本保持不变,随侧滑角的增大基本保持不变;振动频率均在0~18 Hz范围内,并明显存在几个主要振动频率带,分别为8~10 Hz、0~2 Hz、14~16 Hz及16~18 Hz。
  • 图  风洞试验模型(m)

    图  风洞试验模型及测点布置

    图  静压测点及9-16测点

    图  侧滑角的定义

    图  不同测点时程压力平均值

    图  测点压力时程曲线

    图  非定常气动压力规律

    图  非定常气动压力规律

    图  不同测点振动特性

    图  10  不同风速振动特性

    图  11  不同侧滑角振动特性

    表  1  非定常气动压力数据

    风速/(m/s) 平均值/Pa 最大值/Pa 最小值/Pa 幅值/Pa
    10 48.28 54.22 42.56 11.66
    15 112.72 119.52 103.58 15.94
    20 199.73 207.76 191.87 15.89
    25 312.38 323.59 295.98 27.61
    30 444.58 461.89 430.02 31.87
    35 604.67 621.24 583.11 38.13
    40 791.11 811.17 762.67 48.50
    45 998.60 1 027.04 957.31 69.73
    50 1 223.41 1 253.95 1 178.96 74.99
    55 1 471.04 1 516.08 1 410.12 105.96
    60 1 794.96 1 856.74 1 719.91 136.83
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    表  2  非定常气动压力数据

    侧滑角/(°) 平均值/Pa 最大值/Pa 最小值/Pa 幅值/Pa
    15 211.63 280.62 132.69 147.93
    30 451.11 508.25 398.43 109.82
    45 944.66 991.05 892.85 98.20
    60 1 355.32 1 401.43 1 309.66 91.78
    75 1 674.38 1 723.99 1 616.42 107.57
    90 1 794.96 1 856.74 1 719.91 136.83
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-01-24
  • 修回日期:  2022-07-30
  • 网络出版日期:  2024-03-07
  • 刊出日期:  2022-12-20

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