基于姿态变化的列车侧风安全性研究的新方法

崔 涛， 张卫华

（西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，成都 610031）

列车依靠特有的轮轨接触关系沿轨道近地面运行，其长细比远大于其他交通工具，易受到侧风的干扰。强侧风导致列车脱轨，乃至倾覆的事故严重危害了旅客的生命财产安全。侧风环境下列车的姿态发生变化，其气动载荷发生变化［1］，进而侧风对列车安全性的影响也随之改变。采用计算流动动力学（CFD）与多体动力学（MBSD）联合同步仿真的方法可以得到列车的姿态变化及其气动载荷。但该方法MBSD程序计算一步，CFD程序也要计算一步。CFD程序的计算量庞大，耗时很长，这是目前列车侧风研究中不考虑姿态变化［2－7］的原因之一。而侧风作用下，列车最终自适应到一个相对稳定的状态，考虑姿态变化，最终关心的还是稳定姿态下的列车气动特性。因此，本文设计一种快速高效的仿真方法，首先确定侧风作用下列车的稳定姿态以及气动载荷，然后进行列车运行安全性分析。

1 计算方法

首先，分别建立列车侧风计算流体动力学模型和列车多体系统动力学模型。然后，进行列车侧风计算流体动力学和列车多体系统动力学的联合仿真，其中列车系统动力学模型不考虑轨道激励，侧风环境下列车以平衡状态逐步逼近最终平衡状态。最后将此气动载荷加载到列车多体系统动力学模型，并考虑轨道激励，进行动力学分析，评价侧风环境下列车的安全性指标。

1.1 侧风CFD模型

建立用于侧风特性计算的几何模型，确定合理的计算域，然后采用适当网格类型对整个计算域进行离散。……