基于风洞试验和CFD仿真的350km/h高速铁路飞砟研究

井国庆，杜文博，丁东，汲生成

（1.北京交通大学土木建筑工程学院，北京，100044；2.法国贡比涅技术大学，法国贡比涅，60200；3.中国商飞北京民用飞机技术研究中心，北京，102211）

飞砟是指在列车动力和空气动力共同作用下，有砟轨道道床表面道砟发生迁移、跳跃甚至飞离道床，并击打列车车体及转向架的现象，一般发生在列车速度超过300 km/h 时[1-2]。飞砟现象危害大、分布广，是目前高速有砟轨道面临的严重问题之一，除限制列车提速外，还会损坏道床和车体结构，威胁列车安全行驶。飞砟现象引起的破坏主要包括：1）道砟颗粒散落在钢轨踏面上改变车轮-钢轨作用力，引起轨道恶化和车轮扁疤；2）道砟击打车体和转向架引起损伤；3）有砟道床断面形式难于保持，承载力不均匀甚至不足[3]。

近年来，学者们从空气动力学、轨道动力学和可靠度分析等方面对飞砟问题展开研究[3-7]。研究表明，飞砟现象主要受车体结构、道床结构、列车动力、运营条件和天气的影响。英国伯明翰大学和南安普顿大学在梅德斯通直线段上进行现场试验[3]，研究列车底部空气动力学特性和轨道表面的风场特性，并观察到道砟对钢轨轨头的破坏；德国国营铁路公司[7]对ICE3 型列车转向架进行风洞试验和CFD 仿真，发现转向架空腔位置存在高强度紊流，易引起列车底部风场波动；法国国营铁路公司[8]在应力-强度干涉分析的基础上制定了风险评估方法，可以根据概率分布计算道砟移动的概率，从而评估风险，给出道砟移动阈值。……