复杂内流振动环境下轨道罐车动态特性及运行列车安全影响研究

重载列车开行同时提高运行速度，当列车的组成为装运流体的罐车时，除列车本身的性能外，罐内流体的运动及振动问题也凸现出来，流固耦合振动对车辆及列车运行性能及运行安全性的影响也随之急剧增加，截止到目前，还尚未见到从系统角度对这一系列问题进行研究的文献和报道。.课题将在研究罐车流固耦合动力学及车辆系统动力学相互作用、影响从而影响罐体强度及列车行车安全这一难题基础上，通过理论分析及试验研究，建立一个与实际运用相符合的铁路罐车组成的列车动态模型，构建考虑流固耦合的列车运行特性分析体系，对罐车及其组成的列车在各种复杂工况下的纵、横、垂向振动，脱轨安全性，轮轨动作用力，罐体动应力等各项动态特性进行研究。并基于系统建模理论，创新性的提出减小罐车流固耦合振动的设计方案，并分析车辆及列车动力学性能和脱轨安全性的改善程度，项目研究为完善罐车及其组成的列车的系统设计以及运输组织提供科学依据和实际工程指导。

重载列车开行同时提高运行速度，当列车的组成为装运流体的罐车时，除列车本身的性能外，罐内流体的运动及振动问题也凸现出来，流固耦合振动对车辆及列车运行性能及运行安全性的影响也随之急剧增加，本课题基于此，进行相关理论、仿真及试验研究:（1） 进行软件编制和仿真分析，研究流场计算的基本控制方程及对应的非惯性系形式，控制方程的求解方法以及罐车动力学模型方程的建立和求解方法，智能求解算法的初步研究。用1:10罐车比例模型来模拟和测试在点头和运行工况下罐车的动力学响应特性。结论为：在垂向和纵向液体晃动与把液体作为固体块模型加速度响应的幅值，装液模型要明显大于固体块模拟的模型;（2）建立罐车多体动力学模型，研究横向振动规律及振动对罐内流场的动力学作用；在时域与频域对比分析罐车横向振动特性，考虑单个罐车在直线运行上：流固耦合对车体横向振动性能影响较小，比横向特性较考虑为固体时还有一定程度的改善;（3）建立了车辆和列车（三车编组）在曲线发生碰撞的动力学模型，研究流固耦合模型的安全性，以脱轨系数为研究对象，研究表明：1） 二车辆碰撞，二者均值差异很小，考虑流固耦合振动时，在圆曲线上有与流体横向低频振动相吻合的振动，在过度段与圆曲线交点处，流固耦合稍大，但不是很明显；2）列车曲线碰撞，考虑流固耦合振动特性时脱轨系数大，且后转向架各轮脱轨系数变化更大，研究工况下脱轨系数最大达到约3.5倍;（4）进行的实验研究：1）直线冲击实验， 完成多种工况实验，进行罐车冲击下载荷分布、流固耦合振动参数的实验辨识，建立流固耦合振动模型；2）进行空罐车、装水装沙石曲线通过实验，研究运行工况考虑流固耦合时罐体上振动特性和振动能量、曲线通过时安全性问题，主要考察说明列车运行安全性的重要指标脱轨系数情况;(5)（5） 发表与本项目直接相关的研究论文10篇，录用1篇，直接与项目有关的硕士研究生毕业3名，正继续本项目研究的2名；本科毕业设计1名，博士后研究人员1名。申请与项目相关的发明专利5项，其中已授权2项。