復(fù)雜工況下鐵路貨車篷布受力綜合試驗(yàn)與分析.pdf

1、貨車篷布是鐵路貨物運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ咧?，在我?guó)鐵路運(yùn)輸中占有重要的地位。隨著鐵路客貨列車運(yùn)行速度的進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)的篷布苫蓋方式和篷布類型已經(jīng)不能滿足鐵路提速的要求，為適應(yīng)鐵路客貨大提速的需要，新型篷布、篷布繩索和篷布繩網(wǎng)大批量投入實(shí)際運(yùn)營(yíng)，新型材料的采用及其結(jié)構(gòu)的改變，使其受力情況發(fā)生變化，需要提出新型篷布、篷布繩索和篷布繩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件。目前我國(guó)鐵路篷布、篷布繩索和篷布繩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件主要依據(jù)國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)制定，迄今為止，

2、國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者從未對(duì)復(fù)雜工況下鐵路貨車篷布受力情況進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究和綜合試驗(yàn)。面臨我國(guó)鐵路貨運(yùn)的快速發(fā)展，亟待對(duì)復(fù)雜工況下鐵路貨車篷布、篷布繩索和繩網(wǎng)的受力情況進(jìn)行全面分析和評(píng)估，為制定符合我國(guó)鐵路運(yùn)輸實(shí)際的篷布、篷布繩索和篷布繩網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)和安全運(yùn)行條件提供依據(jù)。
　　 本文通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合的方法，首次對(duì)復(fù)雜工況下鐵路貨車篷布、篷布繩索和繩網(wǎng)受力進(jìn)行綜合研究。主要研究工作如下：
　　 1、實(shí)車試驗(yàn)研究

3、>　　 (1)開(kāi)發(fā)了一套貨車篷布、篷布繩索和篷布繩網(wǎng)氣動(dòng)力實(shí)車測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜工況下鐵路貨車篷布受力的實(shí)時(shí)測(cè)量；通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)得到了貨車篷布繩索、繩網(wǎng)在復(fù)雜工況下（包括通過(guò)大風(fēng)地區(qū)、明線運(yùn)行和交會(huì)、通過(guò)隧道和隧道內(nèi)交會(huì)）的氣動(dòng)拉力和篷布應(yīng)力，為制定篷布、篷布繩索和篷布繩網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)提供了科學(xué)依據(jù)；
　　 (2)得到貨物裝載方案、苫蓋篷布類型、列車運(yùn)行速度、橫風(fēng)風(fēng)速、隧道斷面、隧道長(zhǎng)度及擋風(fēng)設(shè)施對(duì)篷布、篷布繩索和篷布繩網(wǎng)所受氣動(dòng)

4、力的影響規(guī)律。
　　 2、流場(chǎng)數(shù)值模擬研究
　　 (1)首次采用零厚度壁面模擬貨車篷布，建立了各種復(fù)雜工況下篷布內(nèi)外空間三維流場(chǎng)計(jì)算模型；得到貨車在不同運(yùn)行工況下篷布受到的氣動(dòng)升力，為進(jìn)一步開(kāi)展篷布強(qiáng)度計(jì)算提供依據(jù)；
　　 (2)得到了貨車在大風(fēng)地區(qū)運(yùn)行時(shí)，貨車運(yùn)行速度、橫風(fēng)風(fēng)速、貨物裝載高度、貨物裝載形狀、貨物沉降以及擋風(fēng)設(shè)施對(duì)篷布?xì)鈩?dòng)力的影響規(guī)律；得到了貨車通過(guò)隧道及隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，貨車運(yùn)行速度、交會(huì)客車速度以

5、及隧道斷面面積對(duì)篷布?xì)鈩?dòng)力的影響規(guī)律；得到了貨車明線運(yùn)行及與客車明線交會(huì)時(shí)，貨車運(yùn)行速度以及交會(huì)車速度對(duì)篷布?xì)鈩?dòng)力的影響規(guī)律。
　　 3、篷布結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究
　　 (1)建立了空氣動(dòng)力效應(yīng)影響下的篷布結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析模型，推導(dǎo)出索膜結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的索、膜非線性有限元求解方程。采用三角形等參膜單元模擬篷布，采用空間兩節(jié)點(diǎn)索單元模擬篷布繩索，建立了索膜結(jié)構(gòu)載荷分析模型；
　　 (2)采用基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)和計(jì)算結(jié)構(gòu)

6、動(dòng)力學(xué)(CSD)的準(zhǔn)靜態(tài)耦合方法對(duì)貨車篷布強(qiáng)度進(jìn)行了詳細(xì)的受力分析。首先通過(guò)流場(chǎng)數(shù)值模擬技術(shù)得到復(fù)雜工況下貨車篷布表面壓力分布；其次通過(guò)所建立的篷布索膜結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算模型，以篷布表面壓力分布為加載載荷，運(yùn)用非線性有限元分析方法對(duì)不同運(yùn)行工況下的篷布?xì)鈩?dòng)載荷強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算；得到了泊松比、篷布繩索預(yù)張力、橫風(fēng)風(fēng)速、貨車速度以及交會(huì)客車速度對(duì)篷布強(qiáng)度的影響規(guī)律；
　　 (3)采用索膜結(jié)構(gòu)分析理論對(duì)不同運(yùn)行工況下的篷布強(qiáng)度進(jìn)行校核，

7、當(dāng)貨車160km/h明線運(yùn)行和通過(guò)隧道、與動(dòng)車組250km/h在明線和隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，無(wú)繩網(wǎng)篷布所受最大主應(yīng)力小于篷布許用應(yīng)力，滿足篷布安全運(yùn)行要求；貨車120km/h速度在大風(fēng)地區(qū)運(yùn)行，橫風(fēng)風(fēng)速小于41.4m/s時(shí)，采用雙層焊接結(jié)構(gòu)的無(wú)網(wǎng)篷布所受最大主應(yīng)力小于篷布許用應(yīng)力，滿足篷布安全運(yùn)行要求；貨車120km/h速度在大風(fēng)地區(qū)運(yùn)行，橫風(fēng)風(fēng)速小于54m/s時(shí)，采用雙層焊接結(jié)構(gòu)的有防風(fēng)網(wǎng)篷布所受最大主應(yīng)力小于篷布許用應(yīng)力，滿足篷布安全運(yùn)行要