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中国高速轨道交通空气动力学研究进展及发展思考 被引量：120
1
作者 田红旗 《中国工程科学》 北大核心 2015年第4期30-41,共12页
总结了中国高速轨道交通空气动力学研究进程的起步、积累、发展、深化、提升和引领等六个阶段。论述了提出的以列车空气动力学、列车/线桥隧空气动力学、车/风/沙/雨/雪环境空气动力学、弓网空气动力学、人体空气动力学为主要内容的高... 总结了中国高速轨道交通空气动力学研究进程的起步、积累、发展、深化、提升和引领等六个阶段。论述了提出的以列车空气动力学、列车/线桥隧空气动力学、车/风/沙/雨/雪环境空气动力学、弓网空气动力学、人体空气动力学为主要内容的高速轨道交通空气动力学研究进展。包括发现探明了相关的形成机理、激化过程、响应特性、影响规律、减缓途径、改善措施,提炼出了一套基础理论,突破了系列关键技术,以及全面的工程应用。解决了空气动力制约高速铁路发展、恶劣风环境影响行车安全等关键科学技术问题。介绍了高速轨道交通空气动力学专用实验平台群,包括动模型实验系统、交变气动压力下人体舒适性/车体刚度/气密性综合实验装置、风/沙/雨/雪气动实验平台群、视觉检测系统、在线实车实验系统、兼用风洞群、数值仿真平台。最后讨论了正在开展的研究和进一步发展的思考。 展开更多
关键词 轨道交通空气动力学 高速铁路 实验研究平台群 研究进展 列车空气动力学 列车/隧道耦合空气动力学 列车/风环境耦合空气动力学 弓网空气动力学 人体空气动力学
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单摆-电磁式振动能量收集器设计及实验
2
作者 龙雅婷 姚曙光 李盈利 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第6期929-937,共9页
振动式能量收集器属于绿色能源创造技术,通过收集工程系统振动能量转换为电能,不断地为系统微电子“供电”。基于电磁感应原理设计了单摆-电磁式振动能量收集器,在COMSOL平台进行感应特性分析及感应特性影响因素的有限元仿真分析,并进... 振动式能量收集器属于绿色能源创造技术,通过收集工程系统振动能量转换为电能,不断地为系统微电子“供电”。基于电磁感应原理设计了单摆-电磁式振动能量收集器,在COMSOL平台进行感应特性分析及感应特性影响因素的有限元仿真分析,并进行了输出性能实验。结果表明:由套筒、转子、挂件、磁铁、线圈和绳索组成的单摆-电磁式振动能量收集器结构简单,质量轻,约200 g,体积小,约30 cm^(3),固有频率在70~80 Hz之间。在20 Hz的振动频率和8 mm的小振幅下,收集器的输出电压为240 mV。 展开更多
关键词 能量收集器 单摆-电磁式 电磁感应
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轨道列车超材料吸能结构设计及特性研究
3
作者 何晓蕾 张雷 +3 位作者 张庆刚 于尧 尹剑飞 李佳霖 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第6期2729-2742,共14页
针对轨道列车碰撞安全防护中传统铝合金蜂窝结构存在的初始峰值应力高、吸能效率低及力学性能优化受限等问题,基于仿生学原理与力学超材料设计理念,提出一种新型层级蜂窝超材料复合吸能结构。该结构以AlSi10Mg铝合金层级蜂窝框架为基础... 针对轨道列车碰撞安全防护中传统铝合金蜂窝结构存在的初始峰值应力高、吸能效率低及力学性能优化受限等问题,基于仿生学原理与力学超材料设计理念,提出一种新型层级蜂窝超材料复合吸能结构。该结构以AlSi10Mg铝合金层级蜂窝框架为基础,内部填充碳纤维增强塑料环与软弹性高阻尼橡胶环,通过多材料协同作用与几何构型优化,在轻量化的前提下实现吸能量的明显提升以及冲击载荷的平稳化。采用显式动力学软件LS-DYNA建立精细化仿真模型,设置吸能结构轴向冲击刚性墙工况,系统对比传统铝蜂窝、层级蜂窝及填充碳纤维增强塑料环-橡胶环的层级蜂窝3种结构的耐冲击性能差异,并分析蜂窝壁厚与CFRP环厚度对层级蜂窝超材料复合吸能结构吸能特性的影响规律。结果表明,填充碳纤维增强塑料环-橡胶环的新型层级蜂窝超材料复合吸能结构较传统铝蜂窝和层级蜂窝,吸能量分别提升40%和16.7%,比吸能与耐冲击平稳性指标均远超后者,变形模式稳定可控,应力分布均匀,无明显应力集中区域。同时,通过响应面分析确定了外层层级蜂窝壁厚与内层碳纤维增强塑料环填充材料厚度的最优参数组合。有限元仿真结果表明,在该壁厚组合下,新型层级蜂窝超材料复合吸能结构的比吸能相较于原模型提升了119%。研究突破了采用单一材料的传统吸能结构性能瓶颈,为轨道列车轻量化及耐撞性设计提供了兼具高吸能效率与可控变形模式的新型解决方案,对提升轨道列车被动安全性、降低碰撞事故伤亡率具有实际工程意义。 展开更多
关键词 轨道列车 吸能结构 超材料 层级蜂窝 有限元仿真
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湍流脉动风对高速铁路路堑区域积雪分布的影响
4
作者 刘操 高广军 +3 位作者 陈光 李小白 张洁 王家斌 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期38-49,共12页
针对铁路路堑区域风吹雪灾害问题,采用改进延迟分离涡湍流模型、合成涡方法及欧拉两相流模型,结合网格动态变形技术,实现路堑区域雪粒堆积外形的时程变化提取,并通过试验验证数值模拟的正确性。在此基础上,模拟分析均匀来流和湍流来流2... 针对铁路路堑区域风吹雪灾害问题,采用改进延迟分离涡湍流模型、合成涡方法及欧拉两相流模型,结合网格动态变形技术,实现路堑区域雪粒堆积外形的时程变化提取,并通过试验验证数值模拟的正确性。在此基础上,模拟分析均匀来流和湍流来流2种工况下路堑内流场结构、摩擦速度分布及积雪轮廓变化规律,研究湍流脉动风对高速铁路路堑区域积雪分布的影响。结果表明:2种来流条件下路堑区域迎风侧边坡积雪质量基本一致,但积雪质量增长速率与积雪分布特性存在较大差异;湍流来流延缓了路堑背风侧边坡区域大尺度涡系到涡对的转换,且在道床与背风侧边坡之间产生较强的侵蚀现象,进而降低了背风侧边坡和道床区域的积雪质量;相比于均匀来流工况,120 min时湍流来流工况下的路堑整体积雪质量降低24.8%,其中背风侧边坡区域积雪质量降低40.2%,道床区域积雪质量降低20.6%,迎风侧边坡区域积雪质量基本一致。 展开更多
关键词 高速铁路 路堑 湍流脉动风 积雪分布 数值模拟
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高速列车金属/碳纤维混合摩擦吸能结构耐撞性设计及优化
5
作者 许平 舒安麒 +3 位作者 霍钰嘉 阳程星 郭维年 姚曙光 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期358-369,共12页
高速列车端部的吸能结构在碰撞事故中具有至关重要的作用,为保护乘客提供了最后的安全保障。在一般情况下,吸能结构通过其自身的塑性变形来耗散碰撞冲击能量,然而,这种方式可能导致试验研究的重复性较差,同时,也存在冲击力不稳定性问题... 高速列车端部的吸能结构在碰撞事故中具有至关重要的作用,为保护乘客提供了最后的安全保障。在一般情况下,吸能结构通过其自身的塑性变形来耗散碰撞冲击能量,然而,这种方式可能导致试验研究的重复性较差,同时,也存在冲击力不稳定性问题,为此,本文提出一种新型金属/碳纤维混合摩擦吸能结构(HFEAS),该结构由轴瓦、防爬装置、预紧螺栓、内管铁、摩擦板和摩擦金属/CFRP管组成。利用MM3000摩擦试验机测定样件摩擦因数,基于试验结果并结合复合材料的损伤特性,建立混合摩擦吸能结构的有限元模型,对有限元模型进行试验验证,研究不同结构参数对其耐撞性的影响。通过采用GRSM方法进行多目标优化,确定该新型摩擦吸能结构撞击力学参数的最优参数配置,并基于试验设计移动最小二乘法建立摩擦管直径D、螺栓预紧力F和钢铁层厚度t关于能量吸收(EA)、比能量吸收(SEA)和初始峰值(PCF)的响应面模型。采用多目标遗传算法对其力学参数进行优化,通过多目标优化的帕累托前沿得到该摩擦吸能结构的最优参数配置。研究结果表明:螺栓预紧力F对HFEAS的影响最大;当F从1 000 N增加到10 000 N时,峰值力增加了7倍,平台力增加了10倍。混合摩擦吸能结构将复合材料的轻量化与摩擦学特性相结合,为吸能结构的改进和发展提供了新的方向。 展开更多
关键词 轨道交通 耐撞性 摩擦吸能结构 碳钎维材料 多目标优化
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升力翼对400 km/h高速列车明线交会气动特性影响研究
6
作者 熊小慧 袁昊 +1 位作者 陈光 程凡 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第5期1923-1935,共13页
安装升力翼改变了高速列车固有气动外形,两车明线交会时,升力翼诱发的流场激扰作用将改变交会场景下高速列车周围的流场结构。为探究升力翼高速列车明线交会气动特性,明确升力翼对于明线交会时高速列车运行安全性和平稳性的影响,采用三... 安装升力翼改变了高速列车固有气动外形,两车明线交会时,升力翼诱发的流场激扰作用将改变交会场景下高速列车周围的流场结构。为探究升力翼高速列车明线交会气动特性,明确升力翼对于明线交会时高速列车运行安全性和平稳性的影响,采用三维可压缩N-S方程和Realizeable k-ε两方程湍流模型及滑移网格技术,对有/无升力翼高速列车速度400 km/h明线等速交会进行仿真模拟,对比分析列车交会压力波和气动力的变化规律。研究结果表明:给高速列车安装升力翼不会改变明线交会时列车表面压力波时程变化规律,但列车表面交会压力波时程曲线会整体“上移”;非交会侧垂向方向上,当高度大于0.5倍列车车高时,列车的空间交会压力波幅值开始增大,高度超过车高后开始减小,但升力翼列车的幅值始终大于原型高速列车,同时升力翼的安装与否不会改变交会压力波正峰值;在非交会侧横向方向上,不论有无升力翼,高速列车的空间交会压力波峰值变化趋势及大小基本相同,均随距轨道中心线距离增大而减小;升力翼会改变明线交会过程中高速列车侧向力时程变化规律,使交会过程中列车侧向力始终指向非交会侧,并加剧侧向力的波动,交会结束后侧向力需要更长的时间才能恢复稳定。研究成果可为后续升力翼高速列车系统的研发设计提供可靠的理论保障。 展开更多
关键词 高速列车 空气动力学 升力翼 气动特性 明线交会
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缓冲结构渐变开孔率对高速磁浮隧道出口微气压波影响
7
作者 张洁 郭秉筠 +3 位作者 王崟宇 余越 许澳 韩帅 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第5期1912-1922,共11页
列车速度的大幅提升加剧了车-隧耦合气动效应,高速磁浮隧道洞口产生的微气压波强度大幅增大,产生“声爆”现象。因此,当列车速度达到600 km/h及以上时,如何有效降低微气压波成为空气动力学研究人员面临的挑战。开展时速600 km高速磁浮... 列车速度的大幅提升加剧了车-隧耦合气动效应,高速磁浮隧道洞口产生的微气压波强度大幅增大,产生“声爆”现象。因此,当列车速度达到600 km/h及以上时,如何有效降低微气压波成为空气动力学研究人员面临的挑战。开展时速600 km高速磁浮列车通过隧道时产生的微气压波缓解方法研究,在提出的新型渐变开孔-断面扩大型缓冲结构基础上,采用k-ε双方程湍流模型、三维可压缩非定常N-S方程和滑移网格技术,对高速磁浮列车以时速600 km通过2 km的单线隧道进行数值仿真。结合网格无关性以及数值仿真验证,分析4种不同开孔率渐变开孔缓冲结构下初始压缩波的基本特征以及出口处微气压波的变化规律。研究结果表明:当列车驶入渐变开孔-断面扩大型缓冲结构时,由于缓冲结构内部压力大于外部,在压力差的作用下,气流通过透孔流向外部,气流外泄导致在端口处产生的微气压波强度减弱。当渐变开孔-断面扩大型缓冲结构的开孔率分别为7.5%、17.5%和27.5%时,相较于隧道两端口为传统断面扩大型无开孔缓冲结构,隧道出口20 m处的微气压波幅值依次为203.9、148.1和138.0 Pa,分别减缓了51.8%、65.0%和67.4%。随着渐变开孔-断面扩大型缓冲结构开孔率的增加,对于微气压波的缓解效果不断增强,27.5%开孔率下的缓解效果最佳。研究成果可为时速600 km及以上高速磁浮隧道洞口缓冲结构设计提供技术支撑。 展开更多
关键词 开孔率 渐变开孔-断面扩大型缓冲结构 初始压缩波 磁浮列车 微气压波
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相邻隧道间距对列车通过峡谷风区时气动性能的影响
8
作者 周丹 梁思维 +3 位作者 张耀升 冯吉琦 陈恺岚 陈光 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期2562-2574,共13页
以通过峡谷风区的高速列车为研究对象,建立峡谷-桥隧-列车三维数值模型,采用基于k-ε的尺度解析混合(SRH)湍流模型进行求解计算,研究不同相邻隧道间距下的峡谷风场分布特性、列车气动载荷和流场分布。研究结果表明:当相邻隧道间距为100 ... 以通过峡谷风区的高速列车为研究对象,建立峡谷-桥隧-列车三维数值模型,采用基于k-ε的尺度解析混合(SRH)湍流模型进行求解计算,研究不同相邻隧道间距下的峡谷风场分布特性、列车气动载荷和流场分布。研究结果表明:当相邻隧道间距为100 m时,桥梁上方的风速梯度最大,在距离桥面高约4 m处量纲一风速高达2.0;当相邻隧道间距大于300 m时,桥面上方风速较小,峡谷中心处的加速效应变化较小;当列车从隧道驶入峡谷风区时,各节车厢的气动荷载先陡增后不断波动;头车和尾车的气动载荷最大值随着相邻隧道间距的增加而逐渐减小,头车侧向力最大值是尾车的4倍;在距离隧道约5 m的桥上,列车迎风侧与背风侧流场的流速与压力分布差异显著,当相邻隧道间距从100 m增大到300 m时,列车迎风面与背风面压差明显减小。 展开更多
关键词 相邻隧道间距 峡谷风 高速列车 气动性能
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地铁列车动静态气密性指数关系动模型试验研究
9
作者 熊小慧 禹霖 +1 位作者 夏玉涛 李杨 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第2期72-81,共10页
地铁列车动静态气密性关系研究对于列车气密性设计和提升乘客舒适性具有重要意义。考虑到全尺寸试验成本高、难以控制测试条件,采用缩比动模型试验的方法研究地铁列车的动静态气密性指数关系。构建具有密封舱结构、气密性可调的新型1∶2... 地铁列车动静态气密性关系研究对于列车气密性设计和提升乘客舒适性具有重要意义。考虑到全尺寸试验成本高、难以控制测试条件,采用缩比动模型试验的方法研究地铁列车的动静态气密性指数关系。构建具有密封舱结构、气密性可调的新型1∶20缩比地铁列车模型,开展系统的静、动态气密性试验。结果表明:静态气密性指数与缩比列车模型的泄漏面积之间存在指数为-1.0041的幂律关系;列车模型动态气密性指数自头车向尾车不断增大,且4种泄漏孔模型下,头车至尾车动态气密性指数的增幅比例随列车模型泄漏面积的增大而增大,分别为338%,391%,400%和580%;头车测点的动、静态气密性指数比值受列车模型泄漏面积变化的影响较小,而中间车和尾车测点的动、静态气密性指数比值随泄漏面积的增大呈上升趋势;4种泄漏孔模型下,头车、中间车及尾车的动、静态气密性指数比值分别在0.15~0.26,0.28~0.54,0.49~0.98区间内。 展开更多
关键词 地铁列车 动静态气密性指数 泄漏面积 缩比列车模型 动模型试验
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二氧化碳小流量供给下的自生增压过程建模
10
作者 熊宇 鲁寨军 甘宁 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期1628-1638,共11页
为研究二氧化碳小流量供给下的自生增压过程,提出一种新的基于干度表征液相二氧化碳气化率的非热平衡自生增压数学模型。建立二氧化碳自生增压供给试验平台,进行3次不同初始条件的二氧化碳小流量供给试验,并将数学模型计算结果与试验结... 为研究二氧化碳小流量供给下的自生增压过程,提出一种新的基于干度表征液相二氧化碳气化率的非热平衡自生增压数学模型。建立二氧化碳自生增压供给试验平台,进行3次不同初始条件的二氧化碳小流量供给试验,并将数学模型计算结果与试验结果进行对比。研究二氧化碳初始温度(278.15~308.15 K)和充注密度(800~1000 kg/m^(3))对液相二氧化碳有效供给率的影响。研究结果表明:压力与温度的数学模型计算结果与试验结果较吻合,验证了模型的准确性;在建模过程中,应考虑储箱与二氧化碳之间的热交换,而液相二氧化碳与气相二氧化碳之间的热流量较小,在建模时可以忽略;较高的二氧化碳初始温度和较低的充注密度会导致在二氧化碳供给过程中产生较大气化质量,降低有效供给率。 展开更多
关键词 二氧化碳 小流量供给 自生增压 干度
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铝蜂窝异面压缩吸能特性实验评估 被引量：30
11
作者 王中钢 鲁寨军 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期1246-1251,共6页
基于准静态实验与台车动态撞击实验,对不同规格铝蜂窝试件开展吸能能力特性评估;分析准静态与动态冲击条件下,各铝蜂窝的平台强度、比载荷、质量比吸能、体积比吸能与厚跨比的相关性,研究吸能特性与孔格疏密程度、蜂窝表观密度的关系。... 基于准静态实验与台车动态撞击实验,对不同规格铝蜂窝试件开展吸能能力特性评估;分析准静态与动态冲击条件下,各铝蜂窝的平台强度、比载荷、质量比吸能、体积比吸能与厚跨比的相关性,研究吸能特性与孔格疏密程度、蜂窝表观密度的关系。研究结果表明:该类蜂窝低速冲击较准静态压缩吸能能力提升约1.33倍;平台强度、比载荷、质量比吸能、体积比吸能均随厚跨比的增大呈幂次增大,幂次分别约为1.53,0.67,0.67,1.48;吸能能力随厚跨比的增大而提升,体积比吸能的增加较质量比吸能的增加更明显;所绘的蜂窝能量吸收图表征了实时平台应力与单位体积吸收能量的对应关系;曲线肩点反映了不同厚跨比蜂窝的最优吸能设计点,由系列蜂窝的肩点包迹线性方程表达式可反演设计出满足工程能量需求的蜂窝产品。 展开更多
关键词 铝蜂窝 异面压缩实验 吸能特性 能量吸收图
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轨道车辆切削式吸能过程仿真 被引量：15
12
作者 常宁 刘国伟 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期2444-2450,共7页
利用金属切削过程吸收能量的原理,在金属切削研究和轨道车辆吸能研究的交叉领域内,提出一种利用切屑生成过程进行吸能并用于轨道车辆被动安全的新型切削式吸能装置。根据非线性动态模拟理论,利用显式有限元软件ANSYS/LS-DYNA对该切削式... 利用金属切削过程吸收能量的原理,在金属切削研究和轨道车辆吸能研究的交叉领域内,提出一种利用切屑生成过程进行吸能并用于轨道车辆被动安全的新型切削式吸能装置。根据非线性动态模拟理论,利用显式有限元软件ANSYS/LS-DYNA对该切削式吸能装置的吸能过程进行三维仿真,得到该装置在撞击过程中能量吸收和切削力的时程曲线。研究结果表明:与现有吸能装置相比,切削式吸能装置可以在更短的时间内吸收撞击能量,而且吸能能力更强;切削式吸能装置具有更强的降低撞击力峰值的能力,而且撞击力到达第1个峰值的时间也有所延迟。 展开更多
关键词 轨道车辆 切削 吸能装置 显式有限元
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400 km·h^(-1)高速列车隧道交变压力载荷特征研究
13
作者 马瑶 梅元贵 +1 位作者 刘堂红 方丰彦 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第2期180-191,共12页
为评估400 km·h^(-1)高速列车在设计速度350 km·h^(-1)隧道条件下运行的适应性,采用三维数值模拟方法,对其在不同隧道长度下及不同运行速度下、隧道内通过和交会时车体表面不同测点处的压力进行时空分布特征研究,分析隧道长... 为评估400 km·h^(-1)高速列车在设计速度350 km·h^(-1)隧道条件下运行的适应性,采用三维数值模拟方法,对其在不同隧道长度下及不同运行速度下、隧道内通过和交会时车体表面不同测点处的压力进行时空分布特征研究,分析隧道长度和列车速度对交变压力载荷循环特征的影响规律。结果表明:400 km·h^(-1)高速列车在隧道内通过或交会时,同一车厢不同测点的压力在时间和空间上表现出较为一致的规律,沿车体纵向和垂向测点的压力变化幅度差异均较小;单列车以400 km·h^(-1)速度通过不同长度隧道时的等效压力载荷幅值和均值分别为1.9~2.6 kPa和-1.8~-2.4 kPa,而2列车在不同长度隧道内交会时则分别增大为4.7~7.0 kPa和-3.6~-5.4 kPa,且随列车运行速度的提高等效压力载荷幅值也大幅度提升;列车以300,350和400 km·h^(-1)速度通过隧道时车体表面压力变化中幅值较大的载荷循环分别为4个半循环、2个半循环+1个全循环及2个半循环,而在隧道内交会时分别为4个半循环、2个半循环和2个半循环。 展开更多
关键词 空气动力学 400 km·h^(-1)高速列车 隧道通过 隧道交会 车体交变压力 载荷特性 数值计算
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轨道车辆车钩多元载荷识别与测量方法研究 被引量：5
14
作者 周伟 刘杨 +4 位作者 白付维 周康 王雅昭 王祉歆 孙博 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1679-1688,共10页
提出一种温度自补偿组合电桥式的车钩多元载荷测量系统及解耦识别方法。首先,考虑纵向拉伸、点头、摇头弯曲作用下钩体对称面的应变特性,建立基于四钩面应变和、对称钩面应变差感知的纵向拉伸、横向摇头与垂向点头载荷识别理论模型;然后... 提出一种温度自补偿组合电桥式的车钩多元载荷测量系统及解耦识别方法。首先,考虑纵向拉伸、点头、摇头弯曲作用下钩体对称面的应变特性,建立基于四钩面应变和、对称钩面应变差感知的纵向拉伸、横向摇头与垂向点头载荷识别理论模型;然后,通过在各钩面布置正交组合应变阵列并进行组桥设计,实现对各钩面的应变四则运算和日照差异导致的温度零漂自适应补偿,并通过温度补偿试验与常规功能桥路进行对比;最后,通过多向加载试验对车钩载荷识别系数进行标定,并对标定的理论模型进行耦合随机加载验证。研究结果表明:该车钩多元载荷测量方法可有效补偿温度漂移,三向载荷的识别精度在2 kN以内,可以满足现场实际工程应用需求。 展开更多
关键词 测力车钩 多元载荷识别 应变测量 重载货运列车
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安全带对列车驾驶员的碰撞损伤防护研究 被引量：3
15
作者 林建军 姚曙光 +2 位作者 邓雯苑 赵凯 邵恒 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期649-656,共8页
针对轨道列车驾驶员的二次碰撞损伤问题,采用非线性显式动力学方法,分别对驾驶员无安全带约束、佩戴两点式腰带和三点式安全带下的列车撞击刚性墙进行数值模拟分析,分析比较驾驶员在这3种情况下身体多部位的损伤情况。研究结果表明:无... 针对轨道列车驾驶员的二次碰撞损伤问题,采用非线性显式动力学方法,分别对驾驶员无安全带约束、佩戴两点式腰带和三点式安全带下的列车撞击刚性墙进行数值模拟分析,分析比较驾驶员在这3种情况下身体多部位的损伤情况。研究结果表明:无安全带约束下的驾驶员最终脱离座椅,头部和胸部损伤满足标准要求,颈部损伤接近标准值,而下肢损伤超过了标准值;两点式腰带约束下驾驶员未脱离座椅,改善了颈部和下肢损伤,但加重了头部和胸部损伤,腹部受力超标;三点式安全带将驾驶员约束在座椅上,改善了头部、颈部、胸部损伤超过20%,将胫骨指数减小了63.2%,大腿骨力减小了90%。由计算结果可知,三点式安全带对列车驾驶员有更好的损伤防护作用。 展开更多
关键词 安全带 列车驾驶员 二次碰撞 损伤防护
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高速列车排障装置安全防护性能演化综述 被引量：6
16
作者 姚曙光 周雪飞 +1 位作者 许平 乔毓宁 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1559-1571,共13页
随着高速铁路的大规模发展,列车运行安全性成为人们关注的焦点,排障装置作为高速列车安全保障技术的重要组成部分,其安全防护性能研究成为关键。本文首先回顾排障装置发展历程,对高速列车排障装置的结构演变及国内外相关要求和标准的变... 随着高速铁路的大规模发展,列车运行安全性成为人们关注的焦点,排障装置作为高速列车安全保障技术的重要组成部分,其安全防护性能研究成为关键。本文首先回顾排障装置发展历程,对高速列车排障装置的结构演变及国内外相关要求和标准的变化进行分析,指出标准在动态场景负载指标和能量上限要求上有所缺失;其次从排障性能、耐撞性和除雪特性3个方面阐述高速列车排障装置安全防护性能的发展演化过程,提出雪体材料模型的构建对于除雪仿真研究至关重要,开展冲击试验、除雪试验是探究高速列车排障装置力学特性的重要手段;指出将排障、耐撞性和除雪特性进行一体化协同设计及进一步提升高速列车排障装置的综合防护性能是未来研究的重点。 展开更多
关键词 高速列车 排障装置 被动安全 除雪特性 能量吸收
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蜂窝轴向压缩实验与仿真分析方法研究 被引量：10
17
作者 车全伟 姚曙光 肖娴靓 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1049-1055,共7页
基于蜂窝结构轴向压缩实验,在显式动力学有限元分析仿真平台,研究单元网格大小以及蜂窝封板连接的不同模拟方法对蜂窝结构轴向吸能特性的影响。研究结果表明:单元网格尺度由2 mm减小到0.5 mm时,蜂窝结构的变形模式与实验结果逐渐吻合,... 基于蜂窝结构轴向压缩实验,在显式动力学有限元分析仿真平台,研究单元网格大小以及蜂窝封板连接的不同模拟方法对蜂窝结构轴向吸能特性的影响。研究结果表明:单元网格尺度由2 mm减小到0.5 mm时,蜂窝结构的变形模式与实验结果逐渐吻合,蜂窝结构的平台力、平台强度以及吸能量逐渐收敛,与实验结果相比最大误差分别从30%左右降至1%左右。封板连接方式对蜂窝吸能的平台力、平台力以及吸能量影响较小,对蜂窝结构的变形模式影响更加明显,结点耦合与接触固连方式下蜂窝变形模式相似,胶接方式更符合实际情况。 展开更多
关键词 蜂窝轴向压缩实验 单元尺寸 连接方式
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城市轨道车辆吸能结构设计 被引量：9
18
作者 张在中 姚曙光 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期94-98,共5页
为了实现车辆在碰撞事故中的被动安全保护,综合运用比吸能较高的方管、圆管及蜂窝铝等不同吸能元件,设计一种城轨车辆用可更换的两级吸能组合吸能结构,并运用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行25 km/h撞击速度下碰撞仿真分析。研究... 为了实现车辆在碰撞事故中的被动安全保护,综合运用比吸能较高的方管、圆管及蜂窝铝等不同吸能元件,设计一种城轨车辆用可更换的两级吸能组合吸能结构,并运用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行25 km/h撞击速度下碰撞仿真分析。研究结果表明:吸能结构发生了有序可控的两级塑形变形,第一级为铝蜂窝压缩变形,其变形行程为151.1mm,撞击平台力约为154.8 kN,吸能量为24 kJ;第二级为方管叠缩和圆管挤压变形,变形行程约为307.6 mm,平台撞击力为732.5 kN,吸能量为190.2 kJ。为城轨车辆用吸能结构设计提供新思路。 展开更多
关键词 吸能结构 有限元分析 碰撞仿真
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中国恶劣风环境下铁路安全行车研究进展 被引量：66
19
作者 田红旗 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期2435-2443,共9页
介绍我国铁路恶劣风环境下正在开展的铁路安全行车方面的研究以及进一步开展的研究,主要包括:风环境下铁路安全行车综合研究方法,如数值计算、风洞试验、在线实车试验、理论分析等;大风环境下列车空气动力特性规律,如列车空气阻力特性... 介绍我国铁路恶劣风环境下正在开展的铁路安全行车方面的研究以及进一步开展的研究,主要包括:风环境下铁路安全行车综合研究方法,如数值计算、风洞试验、在线实车试验、理论分析等;大风环境下列车空气动力特性规律,如列车空气阻力特性、空气升力特性、空气横向动力特性、列车交会空气压力波、风—车—路—局域地貌环境耦合列车空气动力特性等;风环境下列车临界运行速度,如风特性、空气动力、机械动力作用下车辆倾覆稳定性、特殊风环境下的列车临界运行速度;恶劣风环境下铁路安全行车措施,如实施限速(即对风速-路况-车外型与载重不同组合下的列车安全运行速度限值)或停轮,设计合理的列车外形,设置挡风墙,建立铁路大风监测预警与行车指挥系统等。 展开更多
关键词 列车空气动力学 恶劣风环境 铁路安全行车 研究进展
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十字开槽爆破片超高压爆破实验与仿真研究 被引量：7
20
作者 鲁寨军 王灿 +2 位作者 钟睦 姚术健 范登科 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2021年第4期14-21,共8页
为了研究爆破片在瞬态超高压作用下的破裂形态和破裂压力等动态特性,设计了一种十字开槽爆破片,并通过实验和数值仿真相结合的方法进行了研究。首先,搭建了CO_(2)爆破试验平台对爆破片进行瞬态升压加载实验,得到了爆破片的破坏形态及破... 为了研究爆破片在瞬态超高压作用下的破裂形态和破裂压力等动态特性,设计了一种十字开槽爆破片,并通过实验和数值仿真相结合的方法进行了研究。首先,搭建了CO_(2)爆破试验平台对爆破片进行瞬态升压加载实验,得到了爆破片的破坏形态及破裂压力值;然后建立了基于Johnson-Cook损伤本构的十字开槽爆破片瞬态升压破裂失效的有限元模型,对破裂失效规律进行了分析。结果表明失效模式主要为十字中心破口,破裂形态、破裂压力和破裂时间与实验结果吻合良好,相对误差在6%以内;同时对十字开槽爆破片的有效厚度、槽深、槽宽等破裂压力的影响因素进行了仿真分析,得到破裂压力随有效厚度的增加而线性增大,随槽深的增加先下降后增大,随槽宽增加而成指数函数关系增大等规律。研究成果可为瞬态超高压力作用下的爆破片设计及工程应用提供参考。 展开更多
关键词 瞬态超高压 动态特性 十字开槽爆破片 影响因素
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