强风环境下高速铁路车-桥系统气动特性及抗倾覆性能风洞试验研究

高速铁路不断提高的桥梁跨度和行车速度增加了桥梁、列车对强风的敏感性和风致事故可能性。车-桥系统的气动特性研究是了解和预测列车安全运行的技术前提，而目前研究以列车气动特性以及桥梁对列车的影响为主，考虑列车和桥梁相互气动影响的试验和方法还没有完全建立。本研究项目基于刚刚建成的高速铁路风洞试验系统，以我国高速铁路典型高架桥梁和列车为对象，研究车桥气动参数的风洞试验技术和相关相似理论，建立较为完善的车-桥系统气动特性风洞试验方法；通过低速和高速试验段对比风洞试验，分析高低雷诺数对车桥气动特性的影响；根据不同车桥组合多工况试验结果，揭示车桥间相互气动影响以及列车交会时相互的气动干扰，并建立强风下高速列车抗倾覆分析模型。同时，运用CFD数值模拟方法来验证和补充风洞试验结果。课题研究紧密结合我国高速铁路建设和发展，针对高速铁路车-桥系统的抗风基础性问题进行风洞试验研究，具有重要的理论意义和工程应用价值。

高速铁路不断提高的桥梁跨度和行车速度增加了桥梁、列车对强风的敏感性和风致事故可能性。车-桥系统的气动特性研究是了解和预测列车安全运行的技术前提，而目前研究以列车气动特性以及桥梁对列车的影响为主，考虑列车和桥梁相互气动影响的试验和方法还没有完全建立。本研究项目基于刚刚建成的高速铁路风洞试验系统，以我国高速铁路典型桥梁和列车为对象，研究车桥气动参数的风洞试验技术和相关相似理论，建立较为完善的车-桥系统气动特性风洞试验方法，提出了基于U型滑道的移动模型列车-桥梁气动特性测试新技术；通过低速和高速试验段对比风洞试验，分析高低雷诺数对车桥气动特性的影响，发现对于简支梁桥-列车系统而言，雷诺数对车桥系统气动特性影响较小；根据不同车桥组合多工况试验结果，揭示车桥间相互气动影响以及列车交会时相互的气动干扰，并揭示了风屏障（包括提出的几种新型风屏障）各参数对车桥系统气动特性的影响规律与机理；建立了强风下高速列车抗倾覆分析模型，并基于典型车桥组合工况列车气动力测试结果，对车辆抗倾覆性能进行分析；基于CFD数值模拟技术，建立了车-桥系统气动特性三维数值模型，并对数值模型的精度通过风洞试验进行对比验证，丰富了车-桥系统气动特性研究方法；车桥耦合振动仿真分析方面，提出结合基于多体动力学和有限元分析理论进行复杂车-桥系统耦合振动分析的方法，将通过ANSYS软件建立桥梁结构有限元模型和通过SIMPACK软件建立的车辆模型耦合，具有很好精度可可视化效果，拓展了车-桥振动分析方法。此外，还首次对高速列车作用下的风屏障风荷载、列车风特性及大跨提篮钢拱桥振动进行实测研究，为此类相关的试验和仿真分析验证提供宝贵的实测数据。课题研究紧密结合我国高速铁路建设和发展，针对高速铁路车-桥系统的抗风基础性问题进行研究，具有重要的理论意义和工程应用价值。.本项目采用风洞实验、现场实测、数值模拟和仿真分析相结合的方法，已基本完成了项目计划书中的研究内容。由于风洞实验和现场测试工作较为复杂，部分实验与数据处理工作仍在进行当中，未来1-2年内仍会有可能取得进一步的成果。目前，本项目相关成果已发表论文25篇，其中SCI论文5篇，Ei论文8篇，国际会议论文7篇；授权实用新型专利9项，申请发明专利4项；完成硕士研究生论文13篇；邀请和协助邀请了海内外专家进行学术交流13人次；参加与本项目密切相关的国际国内学术会议25人次以上。