高速列车气动弹性系统响应研究

高速铁路已成为我国铁路运输发展的主流并将引领世界潮流。列车高速运行时，气动力是阻碍列车高速运行和影响列车运行安全的主要因素之一。详细了解气动环境下高速车辆的动力学行为具有重要的理论意义和良好的工程应用前景。本项目拟从气动弹性力学的角度来研究气动环境下高速列车蛇行运动、车身蒙皮和车窗等壁板系统响应及其稳定性，以期揭示气动力对高速列车运行安全性能的影响机理，为高速车辆的气动弹性设计和安全运行分析提供理论依据。本项目拟研究的主要内容为：高速列车气动弹性耦合系统动力学模型的建立；高速车辆气动弹性系统微分求积离散化格式的建立及系统响应求解方法的建立；气动力对高速车辆系统蛇行运动稳定性的影响；高速车辆蒙皮、玻窗等非线性壁板气固耦合系统响应分析方法的建立；壁板低速风洞模型试验研究；研制与理论分析方法相应的工程应用软件等。

高速铁路已成为我国铁路运输发展的主流。列车高速运行时，气动力是阻碍列车高速运行和影响列车运行安全的主要因素之一。详细了解气动环境下高速车辆的动力学行为具有重要的理论意义和良好的工程应用前景。本项目从气动弹性力学的角度来研究气动环境下高速列车蛇行运动、车身蒙皮和车窗等亚音速壁板系统响应及其稳定性。取得的主要研究成果是：率先从气动弹性角度出发来研究高速列车的横向蛇行运动及其稳定性。分别建立了高速车辆气固紧耦合模型和弱耦合模型，研究了气动力对系统蛇行临界速度的影响规律，考察了明线会车、隧道会车等条件下车辆系统的气动弹性响应特性；系统开展了亚音速壁板系统气动弹性响应及其稳定性研究。建立了亚音速壁板气动弹性系统的DQM新型离散化格式及系统响应求解方法，研究了亚音速壁板系统产生复杂响应的机理；基于Melnikov混沌判据，研究了亚音速壁板气动弹性系统的混沌运动及其控制方法；设计制作了二维亚音速壁板风洞试验模型，从模型风洞试验角度研究了亚音速壁板的颤振特性，验证了理论分析结果的正确性。