時(shí)速500公里條件下的高速列車(chē)基礎(chǔ)力學(xué)問(wèn)題研究畢業(yè)論文

1、項(xiàng)目名稱(chēng)：時(shí)速500公里條件下的高速列車(chē)基礎(chǔ)力學(xué)問(wèn)題研究首席科學(xué)家：xxx 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所起止年限：依托部門(mén)：鐵道部 中國(guó)科學(xué)院二、預(yù)期目標(biāo)(一) 總體目標(biāo)本項(xiàng)目圍繞時(shí)速500公里條件下的列車(chē)動(dòng)力學(xué)行為，開(kāi)展前沿探索性研究工作，旨在從整個(gè)高速列車(chē)運(yùn)行速度域的全局來(lái)認(rèn)識(shí)高速列車(chē)關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題，延拓在不同速度域其力學(xué)問(wèn)題的一般規(guī)律，掌握在超高速運(yùn)行條件下高速列車(chē)及其耦合作用力學(xué)特性，揭示相互作用機(jī)制和影響規(guī)律，探究高速列車(chē)運(yùn)動(dòng)中的臨界問(wèn)題和極限問(wèn)題；探究輪軌關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系和流固耦合關(guān)系等關(guān)鍵力學(xué)行為對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的影響。以此來(lái)提升高速列車(chē)技術(shù)水平和儲(chǔ)備，取得突破性和創(chuàng)造性

2、的研究成果，引領(lǐng)世界高速列車(chē)關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題的研究。1、 拓展對(duì)更高速度條件下高速列車(chē)運(yùn)行的關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。依托時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車(chē)，在時(shí)速500公里條件下，探明高速列車(chē)氣動(dòng)效應(yīng)特性和規(guī)律；探索復(fù)雜輪軌滾動(dòng)接觸行為、輪軌黏著機(jī)理；發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)滑動(dòng)和跳動(dòng)接觸動(dòng)態(tài)行為特征、弓網(wǎng)接觸斑形貌、接觸振動(dòng)和氣流作用對(duì)導(dǎo)電、發(fā)熱和微弧產(chǎn)生的影響規(guī)律；分析不同環(huán)境工況下的列車(chē)的流固耦合動(dòng)力學(xué)特性；探討列車(chē)整體結(jié)構(gòu)模態(tài)和局部振動(dòng)模態(tài)的優(yōu)化匹配。通過(guò)這些研究，進(jìn)一步發(fā)展既有的相關(guān)理論、認(rèn)知程度、研究?jī)?nèi)容和研究方法，從而在整個(gè)高速列車(chē)運(yùn)行速度域的全局來(lái)認(rèn)識(shí)高速列車(chē)關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題，取得突破性和創(chuàng)造性的研究成果，引領(lǐng)世

3、界高速列車(chē)基礎(chǔ)力學(xué)問(wèn)題的研究。同時(shí)，揭示關(guān)鍵力學(xué)行為對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性、乘客舒適性及環(huán)境友好性的影響。2、 全面提升我國(guó)高速列車(chē)基礎(chǔ)研究的能力和水平。在研究體系方面，以高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論為代表，從時(shí)速350公里拓展到時(shí)速500公里；在研究手段方面，構(gòu)建由仿真分析、地面試驗(yàn)和線(xiàn)路試驗(yàn)組成的綜合研究體系，建設(shè)支撐基礎(chǔ)研究、代表當(dāng)今世界先進(jìn)水平、1：1的試驗(yàn)裝備與系統(tǒng)；在研究策略方面，將基礎(chǔ)研究方向與工程實(shí)踐需求緊密結(jié)合，互為支撐，相互推動(dòng)，形成具有現(xiàn)實(shí)性與引領(lǐng)性的研究成果，同時(shí)在此創(chuàng)新研究的平臺(tái)上，促進(jìn)研究人員與工程技術(shù)人員的研究能力與實(shí)踐能力迅速成長(zhǎng)，培養(yǎng)出一支年輕的、高水平的專(zhuān)業(yè)

4、研究團(tuán)隊(duì)。在研究成果方面，將在國(guó)內(nèi)外核心學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文200篇以上，其中sci、ei收錄論文120篇以上，有重要國(guó)際影響的論文50篇以上，出版著作3-5部，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng)，申請(qǐng)軟件登記5項(xiàng)，培養(yǎng)博士后與博士生65名。3、 為地面高速運(yùn)載工具的技術(shù)發(fā)展提供有益的借鑒。本項(xiàng)目所開(kāi)展的研究考慮了復(fù)雜車(chē)底和線(xiàn)路形貌的地面效應(yīng)、氣動(dòng)擾動(dòng)下的流固耦合列車(chē)動(dòng)力學(xué)行為、車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)等，此類(lèi)成果不僅拓展了空氣動(dòng)力學(xué)的研究范圍，而且對(duì)于高速磁懸浮列車(chē)的氣動(dòng)行為，及其車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。高速輪軌黏著極限和超高速列車(chē)的理論速度極限，對(duì)未來(lái)真空管軌超高速交通方式的研究有積極的參考意義。(二) 五年預(yù)期目標(biāo)

5、第一年度：1. 基于可壓縮流動(dòng)模型，針對(duì)非定常流動(dòng)，開(kāi)發(fā)高速列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真方法，包含：非定常雷諾平均模擬（urans）、脫體渦模擬（les）及大渦模擬（les）等方法。根據(jù)時(shí)速500公里試驗(yàn)列車(chē)和試驗(yàn)線(xiàn)路條件，確定試驗(yàn)方案。2. 初步完成時(shí)速500公里條件下的含輪軌剛?cè)崮Ｐ偷能?chē)輛軌道耦合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型、輪軌滾動(dòng)接觸行為理論模型、輪軌黏著理論模型、黏著控制理論模型建模。完成時(shí)速500公里條件下的輪軌黏著試驗(yàn)裝置、高能束流非均勻改性配套裝置的方案設(shè)計(jì)、加工和調(diào)試。3. 揭示非等波速鏈型結(jié)構(gòu)懸索波動(dòng)傳播、波動(dòng)分散和波動(dòng)匯合的振動(dòng)規(guī)律；提出考慮接觸網(wǎng)和受電弓空間運(yùn)動(dòng)、系統(tǒng)的彈性作用和高速

6、氣流擾動(dòng)的弓網(wǎng)耦合模型的建模和仿真方法；分析弓網(wǎng)電弧發(fā)展的規(guī)律以及每一階段的宏觀與微觀特性，建立描述弓網(wǎng)電弧的動(dòng)態(tài)方程和弓網(wǎng)電弧時(shí)空分布模型，揭示弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生、發(fā)展及熄滅規(guī)律；4. 研究時(shí)速500公里條件下，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析給出的邊界條件與線(xiàn)路試驗(yàn)測(cè)量的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行列車(chē)部件振動(dòng)分析方法，揭示氣動(dòng)力非均勻分布對(duì)部件振動(dòng)特征的影響機(jī)理，建立氣動(dòng)力與車(chē)輛振動(dòng)耦合作用下列車(chē)關(guān)鍵部件振動(dòng)分析模型與方法。5. 在時(shí)速500公里條件下，建立列車(chē)、線(xiàn)路（軌道或橋梁）、弓網(wǎng)耦合系統(tǒng)的流固耦合動(dòng)力學(xué)模型，研究其準(zhǔn)確建模方法；研究高速列車(chē)動(dòng)力載荷的等效簡(jiǎn)化模型與方法。第二年度：1. 開(kāi)展時(shí)速500公里實(shí)車(chē)線(xiàn)路試驗(yàn)

7、，通過(guò)列車(chē)速度系列變化，測(cè)得列車(chē)阻力、升力和橫向擾動(dòng)力與速度的關(guān)系曲線(xiàn)，分析在時(shí)速500公里條件下高速列車(chē)的氣動(dòng)阻力特性， 探索耦合條件下氣動(dòng)技術(shù)極限速度。2. 完善與輪軌接觸相關(guān)的理論模型并發(fā)展相應(yīng)的數(shù)值程序，進(jìn)行部分工況的輪軌接觸行為仿真；完成試驗(yàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)加工，調(diào)試試驗(yàn)裝置，進(jìn)行部分工況黏著特性試驗(yàn)，探索耦合條件下輪軌技術(shù)極限速度。3. 完善并建立接觸網(wǎng)的波動(dòng)理論，提出準(zhǔn)確的接觸網(wǎng)波速表達(dá)形式；揭示弓網(wǎng)高速滑動(dòng)和跳動(dòng)接觸行為，以及快速變化的接觸網(wǎng)電壓與負(fù)荷等因素對(duì)電弧的影響規(guī)律，探索耦合條件下弓網(wǎng)技術(shù)極限速度。4. 研究列車(chē)、線(xiàn)路和弓網(wǎng)各子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系及其表征方法；研究高速輪軌系統(tǒng)各種

8、不平順激擾的描述方法；研究車(chē)體結(jié)構(gòu)整體模態(tài)和局部模態(tài)特征及其頻率范圍；研究列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)的氣動(dòng)激擾對(duì)列車(chē)（含受電弓）作用關(guān)系。第三年度：1. 時(shí)速500公里條件下的列車(chē)整車(chē)氣動(dòng)行為機(jī)理研究。通過(guò)時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車(chē)線(xiàn)路試驗(yàn)，結(jié)合動(dòng)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果，分析復(fù)雜地面效應(yīng)下高速列車(chē)表面分離渦流結(jié)構(gòu)、大長(zhǎng)細(xì)比列車(chē)表面邊界層發(fā)展不穩(wěn)定性等關(guān)鍵空氣動(dòng)力學(xué)特征。2. 完善數(shù)值仿真程序，全面開(kāi)展時(shí)速500公里條件下的運(yùn)行狀態(tài)輪軌滾、滑、跳接觸行為和黏著特性的數(shù)值仿真。借助于車(chē)輛軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型，完成不同速度等級(jí)運(yùn)營(yíng)條件下輪軌不平順度安全閾值。完成輪軌黏著理論模型試驗(yàn)驗(yàn)證和輪軌表面高能束流非均勻改性

9、試驗(yàn)研究及黏著控制試驗(yàn)。3. 分析不同波速利用率下的弓網(wǎng)振動(dòng)特性，提出接觸網(wǎng)波速的最佳利用率和利用極限；辨識(shí)強(qiáng)氣流擾動(dòng)條件下弓網(wǎng)耦合振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)軌跡的演變規(guī)律；揭示高速運(yùn)行條件下強(qiáng)氣流對(duì)弓網(wǎng)電弧的影響規(guī)律。4. 研究?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)與車(chē)體結(jié)構(gòu)諧振、共振及多耦合振動(dòng)特性，給出避免乘坐舒適度惡化與避免整車(chē)出現(xiàn)亞諧波共振、超諧波共振、組合共振、內(nèi)共振等非線(xiàn)性現(xiàn)象的模態(tài)控制策略與方法。5. 研究列車(chē)高速運(yùn)行的輪對(duì)陀螺效應(yīng)，車(chē)輪、轉(zhuǎn)向架和車(chē)體慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的影響；掌握高速列車(chē)蛇行運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)特性（包括失穩(wěn)頻率和振動(dòng)幅值）對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性和安全性的影響規(guī)律；分析高速鐵路地面和高架線(xiàn)路的軌道穩(wěn)定性特性。研究整車(chē)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分

10、析方法。第四年度：1. 通過(guò)時(shí)速500公里試驗(yàn)列車(chē)線(xiàn)路試驗(yàn)和數(shù)值模擬，分析時(shí)速500公里條件下的列車(chē)非定常流動(dòng)及其導(dǎo)致的列車(chē)表面壓力周期性變化，研究列車(chē)各車(chē)廂氣動(dòng)升力和橫向力大小、方向隨速度增加的變化規(guī)律。2. 完善理論分析，得到500km/h條件下輪軌黏著理論和試驗(yàn)曲線(xiàn)；全面開(kāi)展時(shí)速500公里條件下的輪軌黏著試驗(yàn)、輪軌接觸表面形貌高能束流非均勻改性試驗(yàn)及黏著控制試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。3. 確定多弓受流狀態(tài)下的接觸網(wǎng)波動(dòng)特征，揭示復(fù)雜波動(dòng)源下接觸網(wǎng)振動(dòng)波的傳播規(guī)律和干涉機(jī)制；揭示接觸網(wǎng)不平順、弓網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)和弓網(wǎng)接觸副廓型對(duì)弓網(wǎng)耦合振動(dòng)及接觸壓力的影響規(guī)律；揭示弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力、接觸副廓型、弓網(wǎng)接

11、觸斑形貌等對(duì)接觸電阻的影響規(guī)律；4. 將各種激擾在動(dòng)力學(xué)模型中綜合考慮，發(fā)展流固耦合動(dòng)力學(xué)分析模型，研究時(shí)速500公里條件下的高速列車(chē)整車(chē)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特征。研究車(chē)體結(jié)構(gòu)在復(fù)雜氣動(dòng)激擾力作用下局部結(jié)構(gòu)顫振、屈曲特性。第五年度：1. 綜合分析線(xiàn)路實(shí)驗(yàn)、動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真等研究結(jié)果，分析時(shí)速500公里條件下的列車(chē)氣動(dòng)效應(yīng)特征，建立列車(chē)隨速度變化的氣動(dòng)效應(yīng)綜合分析體系；建立氣動(dòng)效應(yīng)對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性、舒適性及環(huán)境友好性的影響關(guān)系。2. 完成高速輪軌接觸行為和高速輪軌黏著的數(shù)值仿真。深入進(jìn)行高速輪軌黏著試驗(yàn)研究，得到考慮更多因素黏著規(guī)律曲線(xiàn)、動(dòng)態(tài)安全/脫軌準(zhǔn)則。優(yōu)化高能束流非均勻改性輪軌表面接

12、觸形貌試驗(yàn)研究和黏著控制方法。3. 分析受電弓雙向運(yùn)行的氣流差異、明線(xiàn)和隧道的氣流差異，以及不同氣流特征對(duì)弓網(wǎng)耦合振動(dòng)和受流質(zhì)量的影響規(guī)律；掌握弓網(wǎng)帶弧受流的工作機(jī)理，研究電弧與接觸電阻之間的互相影響，進(jìn)而揭示高速條件下弓網(wǎng)受流質(zhì)量的影響因素及規(guī)律。4. 在時(shí)速500公里條件下，研究車(chē)體在各種激擾下的振動(dòng)規(guī)律，揭示局部結(jié)構(gòu)顫振、屈曲發(fā)生條件和機(jī)理，探討可能造成的結(jié)構(gòu)破壞程度，給出車(chē)體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)在顫振、共振及屈曲條件下的極限承載能力，建立車(chē)體振動(dòng)與車(chē)體結(jié)構(gòu)自身安全性和乘坐舒適性的關(guān)系。5. 建立包括多種因素的列車(chē)平穩(wěn)性統(tǒng)一分析方法。應(yīng)用整車(chē)臺(tái)架試驗(yàn)、風(fēng)洞模擬試驗(yàn)和高速列車(chē)線(xiàn)路動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，進(jìn)行

13、理論模型的試驗(yàn)驗(yàn)證。預(yù)測(cè)高速條件下整車(chē)流固耦合動(dòng)力學(xué)響應(yīng)、輪軌作用力及脫軌可能性。探索多因素耦合作用對(duì)高速列車(chē)脫軌安全性的影響規(guī)律。6. 探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車(chē)的技術(shù)極限速度三、研究方案(一) 學(xué)術(shù)思路時(shí)速500公里高速列車(chē)關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題的研究是高速列車(chē)基礎(chǔ)研究的發(fā)展和延續(xù)，同時(shí)充分體現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題研究的一般規(guī)律，結(jié)合高速鐵路發(fā)展這一現(xiàn)在和將來(lái)的重大需求為背景，借助于我國(guó)自主研發(fā)即將下線(xiàn)的時(shí)速500公里試驗(yàn)列車(chē)，認(rèn)識(shí)在高速特別是超高速運(yùn)行條件下列車(chē)動(dòng)態(tài)特性和關(guān)鍵力學(xué)行為，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)高速列車(chē)力學(xué)行為規(guī)律，并揭示超高速輪軌、弓網(wǎng)等相互作用機(jī)制，最終確定輪軌黏著、受電弓受流的波速利用率、蛇行失穩(wěn)

14、速度等所逼近的極限、氣動(dòng)阻力隨列車(chē)速度的變化規(guī)律以及以保證列車(chē)動(dòng)力學(xué)性能和安全性的軌道和接觸網(wǎng)不平順限制、氣動(dòng)升力、橫向力和傾覆力矩的限制，從此來(lái)認(rèn)識(shí)高速列車(chē)在正常運(yùn)行條件下的理論速度極限。揭示這些關(guān)鍵力學(xué)行為和特征對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性、舒適性及周?chē)h(huán)境的影響。研究獲得的成果不僅將填補(bǔ)世界在超高速速度段的高速列車(chē)的基本動(dòng)力學(xué)行為和力學(xué)特征，極大地提高人們對(duì)高速列車(chē)的認(rèn)知能力；同時(shí)將豐富高速列車(chē)流固耦合動(dòng)力學(xué)、輪軌關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系及列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的理論體系，完善現(xiàn)有高速列車(chē)的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，并為高速鐵路的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定提供支持。具體學(xué)術(shù)思路見(jiàn)圖1。認(rèn)識(shí)行為 振動(dòng) 噪聲行為探索高

15、速列車(chē)安全運(yùn)行的技術(shù)速度極限500km/h高速試驗(yàn)列車(chē)大型試驗(yàn)平臺(tái)200 300 400（已知） 500（安全、平穩(wěn)、友好？） （km/h）豐富動(dòng)力學(xué)、輪軌和弓網(wǎng)理論體系改進(jìn)和完善高速列車(chē)分析設(shè)計(jì)方法支撐高速列車(chē)安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定作用關(guān)系 環(huán)境的 耦合的 變量的揭示規(guī)律 輪軌 弓網(wǎng) 流固確定極限 黏著 受流 失穩(wěn)圖1 本項(xiàng)目研究的學(xué)術(shù)思路(二) 技術(shù)路線(xiàn)1、基于兩個(gè)前提。一是深入研究國(guó)外在高速試驗(yàn)和基礎(chǔ)研究領(lǐng)域所取得的系列成果，學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外先進(jìn)研究方法和手段，博采眾長(zhǎng)，為我所用；二是進(jìn)一步深化研究在京津城際高速鐵路、武廣和鄭西客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)進(jìn)行的科學(xué)試驗(yàn)所取得的突破性研究成果，鞏固基礎(chǔ)，乘勢(shì)而上。

16、2、借助三個(gè)條件。一是依托時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車(chē)和近300公里長(zhǎng)的試驗(yàn)線(xiàn)路；二是國(guó)內(nèi)一流的實(shí)驗(yàn)條件和裝備；三是國(guó)內(nèi)一流的科研機(jī)構(gòu)、高等院校和創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)。3、把握三個(gè)關(guān)鍵。按照科學(xué)研究的基本規(guī)律，一是充分認(rèn)識(shí)并準(zhǔn)確描述時(shí)速500公里的高速列車(chē)運(yùn)動(dòng)行為與特征；二是運(yùn)用現(xiàn)代相關(guān)理論與方法，研究凝練內(nèi)在規(guī)律；三是探索在近似極限速度下的高速列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性、舒適性和對(duì)環(huán)境的影響。4、形成閉環(huán)研究體系。堅(jiān)持基礎(chǔ)理論研究和科學(xué)試驗(yàn)研究相結(jié)合，將“試驗(yàn)-建模-驗(yàn)證-仿真-再試驗(yàn)-模型修正-再驗(yàn)證-再仿真”作為本項(xiàng)目的核心技術(shù)路線(xiàn)；將考慮復(fù)雜耦合作用的整車(chē)動(dòng)力學(xué)行為與列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性、舒適性和

17、周?chē)h(huán)境的影響關(guān)系研究作為本項(xiàng)目的研究重點(diǎn)。本項(xiàng)目的具體技術(shù)路線(xiàn)見(jiàn)圖2。高速氣動(dòng)效應(yīng)弓網(wǎng)關(guān)系列車(chē)流固耦合關(guān)系結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性 500km/h試驗(yàn)列車(chē) 室內(nèi)高速試驗(yàn)臺(tái)架 動(dòng)模型試驗(yàn)裝置列車(chē)、受電弓剛?cè)峄旌戏蔷€(xiàn)性模型輪軌滾動(dòng)接觸模型弓網(wǎng)滑動(dòng)模型列車(chē)氣動(dòng)理論模型氣動(dòng)力接觸力輪軌力輪軌關(guān)系試驗(yàn)裝置理論模型和數(shù)值仿真動(dòng)力學(xué)特征耦合動(dòng)力學(xué)行為對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性、舒適性和技術(shù)速度極限的影響圖2 本項(xiàng)目研究的技術(shù)路線(xiàn)(三) 創(chuàng)新點(diǎn)與特色1. 特色在項(xiàng)目設(shè)置特色方面，本項(xiàng)目緊密結(jié)合高速鐵路發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略需求，以引領(lǐng)高速列車(chē)基礎(chǔ)研究為目標(biāo)，研究高速列車(chē)在時(shí)速500公里條件下力學(xué)行為特征以及這些力學(xué)行為特征對(duì)高速

18、列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的影響，針對(duì)其中的關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題，開(kāi)展基礎(chǔ)研究。項(xiàng)目針對(duì)性強(qiáng)，研究目的明確，而且基礎(chǔ)研究和應(yīng)用十分緊密。在技術(shù)路線(xiàn)特色方面，本項(xiàng)目依托具有實(shí)際運(yùn)營(yíng)環(huán)境的500km/h高速試驗(yàn)列車(chē)創(chuàng)新研究平臺(tái)，長(zhǎng)期開(kāi)展在時(shí)速500公里條件下的線(xiàn)路試驗(yàn)，以獲得不同速度域的高速列車(chē)力學(xué)行為規(guī)律為依據(jù)，發(fā)展在時(shí)速500公里條件下的相關(guān)力學(xué)模型，采用基礎(chǔ)理論研究和科學(xué)試驗(yàn)研究相結(jié)合，進(jìn)行模型的驗(yàn)證。從而走一條“試驗(yàn)-建模-驗(yàn)證-仿真-再試驗(yàn)-模型修正-再驗(yàn)證-再仿真”的閉環(huán)技術(shù)路線(xiàn)，通過(guò)試驗(yàn)和仿真研究的相互支撐，系統(tǒng)研究高速列車(chē)關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題的內(nèi)在規(guī)律及其對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全性的影響機(jī)制。在研究?jī)?nèi)容

19、特色方面，本項(xiàng)目針對(duì)列車(chē)在時(shí)速500公里條件下運(yùn)動(dòng)行為的研究，認(rèn)識(shí)現(xiàn)象、總結(jié)規(guī)律、探索極限。研究的具體內(nèi)容緊扣影響高速列車(chē)運(yùn)行性能、安全性和舒適性的關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題，包括涉及支撐、導(dǎo)向和牽引制動(dòng)的輪軌接觸力學(xué)問(wèn)題；涉及受流的弓網(wǎng)耦合振動(dòng)；涉及運(yùn)行阻力、列車(chē)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)及流固耦合等氣動(dòng)效應(yīng)；涉及振動(dòng)、噪音和舒適性的結(jié)構(gòu)振動(dòng)等基礎(chǔ)力學(xué)問(wèn)題。研究核心是認(rèn)識(shí)時(shí)速500公里條件下列車(chē)特殊流場(chǎng)、線(xiàn)路激擾和系統(tǒng)流固耦合振動(dòng)行為、揭示其產(chǎn)生機(jī)理和規(guī)律，最終建立符合時(shí)速500公里條件下列車(chē)運(yùn)行特征的理論模型及對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全性的影響關(guān)系。2. 創(chuàng)新點(diǎn)(1)以實(shí)際運(yùn)營(yíng)環(huán)境下的500km/h高速試驗(yàn)列車(chē)為平臺(tái)，結(jié)合數(shù)值仿真和

20、動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展時(shí)速500公里條件下的耦合動(dòng)力學(xué)行為研究，獲得不同速度域內(nèi)的高速列車(chē)的運(yùn)動(dòng)行為、特性和規(guī)律及對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的影響機(jī)制。(2)考慮具有復(fù)雜形狀的車(chē)底與線(xiàn)路之間地面氣動(dòng)效應(yīng)的列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)，獲得在時(shí)速500公里條件下列車(chē)氣動(dòng)力特性隨速度的變化規(guī)律及氣動(dòng)安全邊界。(3)首次在時(shí)速500公里條件下考慮車(chē)體、構(gòu)架和輪對(duì)運(yùn)動(dòng)慣量和輪對(duì)陀螺效應(yīng)對(duì)高速列車(chē)非線(xiàn)性穩(wěn)定性的影響機(jī)理和規(guī)律，提出保證運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的車(chē)體-構(gòu)架、構(gòu)架-輪對(duì)約束條件。(4)建立時(shí)速500公里條件下輪軌滾動(dòng)接觸行為理論模型和黏著計(jì)算方法，獲得輪軌黏著趨近極限，探索輪軌關(guān)系對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全的影響。(5)首

21、次開(kāi)展高能束流對(duì)材料表面非均勻改性處理表面形貌對(duì)黏著系數(shù)穩(wěn)定性和輪軌噪聲的影響，探索提高列車(chē)運(yùn)行安全性的控制方法。(6)建立時(shí)速500公里條件下，考慮高速滑動(dòng)效應(yīng)、弓網(wǎng)接觸區(qū)空間形貌、機(jī)電特征以及高速氣流作用的弓網(wǎng)理論分析模型及弓網(wǎng)安全利用極限。(7)建立時(shí)速500公里條件下的列車(chē)流固耦合振動(dòng)特性，車(chē)體振動(dòng)對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全可靠性的影響。(8)以列車(chē)流固耦合行為為特征，研究列車(chē)從頭車(chē)到尾車(chē)的振動(dòng)傳遞，研究尾車(chē)在尾端開(kāi)放條件的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)行為。研究線(xiàn)路特別是高架線(xiàn)路振動(dòng)波傳遞對(duì)列車(chē)振動(dòng)的影響，揭示各種影響因素耦合作用的高速列車(chē)安全運(yùn)行速度限值。(9)以耦合振動(dòng)行為為衡量指標(biāo)，探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車(chē)

22、的技術(shù)極限速度。(四) 取得重大突破的可行性分析1、取得如下重大突破：(1) 揭示時(shí)速500公里條件下，具有復(fù)雜形狀的車(chē)底與線(xiàn)路之間地面氣動(dòng)效應(yīng)的列車(chē)整車(chē)及關(guān)鍵部件氣流的流動(dòng)規(guī)律。(2) 獲得時(shí)速500公里條件下的高速列車(chē)氣動(dòng)力特性和作用規(guī)律及氣動(dòng)效應(yīng)安全閾值。(3) 時(shí)速500公里條件下的列車(chē)高頻剛?cè)狁詈洗笙到y(tǒng)非線(xiàn)性模型建立和數(shù)值方法及耦合力學(xué)行為對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的影響規(guī)律。(4) 時(shí)速500公里條件下的列車(chē)輪軌滾動(dòng)接觸行為分析模型和數(shù)值分析方法及輪軌安全理論速度極限。(5) 時(shí)速500公里條件下的輪軌黏著關(guān)系曲線(xiàn)的建立，以及通過(guò)輪軌接觸表面形貌的激光改性，有效地控制或提高輪軌黏著效

23、果，提高列車(chē)運(yùn)行安全速度極限。(6) 在時(shí)速500公里條件下，考慮了氣流擾動(dòng)的滑動(dòng)-跳動(dòng)弓網(wǎng)接觸耦合振動(dòng)模型及數(shù)值方法，探索弓網(wǎng)利用極限。(7) 在時(shí)速500公里條件下，探索車(chē)體等復(fù)雜系統(tǒng)在惡劣環(huán)境激擾下振動(dòng)規(guī)律及對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全可靠性的影響。(8) 在時(shí)速500公里條件下，揭示車(chē)輛零部件慣性對(duì)列車(chē)臨界失穩(wěn)速度的影響規(guī)律。(9) 預(yù)測(cè)大系統(tǒng)耦合條件下高速列車(chē)的技術(shù)極限速度。2、可行性分析加快發(fā)展高速鐵路是國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，在我國(guó)迅速地從高速鐵路技術(shù)大國(guó)向強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的戰(zhàn)略機(jī)遇期，我們不僅要進(jìn)一步豐富發(fā)展高速列車(chē)基礎(chǔ)研究體系，支撐高速列車(chē)技術(shù)的可持續(xù)研發(fā)，還必須在前瞻性、引領(lǐng)性的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域具有權(quán)威性

24、的話(huà)語(yǔ)權(quán)，搶占世界高速列車(chē)技術(shù)的制高點(diǎn)。本項(xiàng)目就是基于上述需求與目標(biāo)提出的，其研究實(shí)現(xiàn)的可行性主要依據(jù)以下四個(gè)方面：（1）2004年以來(lái)，我國(guó)高速列車(chē)技術(shù)發(fā)展取得重大進(jìn)展，以京津城際高速鐵路、武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)和鄭西客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)等近4000公里、運(yùn)營(yíng)時(shí)速達(dá)到350公里的高速鐵路順利開(kāi)通運(yùn)營(yíng)為標(biāo)志，中國(guó)鐵路已全面系統(tǒng)地掌握了當(dāng)今世界最先進(jìn)的高速鐵路技術(shù)，并在國(guó)內(nèi)構(gòu)建了系統(tǒng)完整的設(shè)計(jì)制造體系和產(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)鍵技術(shù)與主要配套技術(shù)全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。（2）在京津城際高速鐵路、武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)和鄭西客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)展了大量高速列車(chē)科學(xué)試驗(yàn)，在350公里條件下重點(diǎn)研究了耦合條件下的高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為，以及地面效應(yīng)、隧道效應(yīng)、振動(dòng)

25、與模態(tài)噪音關(guān)系等，獲取了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了試驗(yàn)方法，保證了350公里條件下高速列車(chē)運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性和舒適性，取得了一些階段性研究成果。（3）在前期積累的基礎(chǔ)上，依托國(guó)家重大工程和產(chǎn)業(yè)拉動(dòng)，高速列車(chē)基礎(chǔ)研究體系與平臺(tái)建設(shè)得到了迅速發(fā)展；特別是在國(guó)家科技重大支撐項(xiàng)目的支持下，通過(guò)科技部與鐵道部共同簽署的中國(guó)高速列車(chē)自主創(chuàng)新聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃，高速列車(chē)基礎(chǔ)研究能力得到迅速提升，一方面，陸續(xù)建成了一批國(guó)家級(jí)的實(shí)驗(yàn)室，如軌道交通國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）、高速列車(chē)系統(tǒng)集成技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、牽引傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等，并在此平臺(tái)上構(gòu)建了代表當(dāng)今世界先進(jìn)水平的試驗(yàn)系統(tǒng)，如時(shí)速600公里高速列車(chē)滾振試驗(yàn)臺(tái)、1：1的鋁

26、合金車(chē)體模態(tài)和疲勞分析試驗(yàn)臺(tái)、1：1高速轉(zhuǎn)向架動(dòng)力參數(shù)響應(yīng)分析試驗(yàn)臺(tái)、模型比例1：10、試驗(yàn)速度500公里的動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等。另一方面，在產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的創(chuàng)新聯(lián)盟推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)一流科研機(jī)構(gòu)與團(tuán)隊(duì)已深度參與高速列車(chē)自主創(chuàng)新；特別是在鐵道部與中國(guó)科學(xué)院共建的“先進(jìn)軌道交通力學(xué)研究中心”平臺(tái)上，匯聚了包括空氣動(dòng)力學(xué)、車(chē)輛工程、流固耦合力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、鐵路工程、滾動(dòng)接觸力學(xué)、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)和產(chǎn)業(yè)資源。（4）鐵道部正在研發(fā)的時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車(chē)將于2011年上半年下線(xiàn)，京滬線(xiàn)近300公里長(zhǎng)的試驗(yàn)段也將同步建成。鐵道部將提供這一世界一流的試驗(yàn)平臺(tái)，為開(kāi)展相關(guān)基礎(chǔ)研究服務(wù)。上述條件為

27、實(shí)現(xiàn)時(shí)速500公里條件下基礎(chǔ)力學(xué)問(wèn)題的研究目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(五) 組織方式本項(xiàng)目將以“中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)軌道交通力學(xué)研究中心”為主體，并聯(lián)合國(guó)內(nèi)相關(guān)高校與研究機(jī)構(gòu)，形成創(chuàng)新研究的聯(lián)合體，完成項(xiàng)目規(guī)定的各項(xiàng)研究任務(wù)。2009年5月，在中國(guó)科學(xué)院力學(xué)所成立了“中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)軌道交通力學(xué)研究中心”，該中心由中國(guó)科學(xué)院與鐵道部聯(lián)合共建，重點(diǎn)開(kāi)展軌道交通力學(xué)的戰(zhàn)略規(guī)劃、基礎(chǔ)理論、引領(lǐng)性技術(shù)研究，為我國(guó)引領(lǐng)世界軌道交通技術(shù)發(fā)展提供戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性與前瞻性支撐。在“中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)軌道交通力學(xué)研究中心”平臺(tái)上，匯聚了國(guó)內(nèi)一流的科研資源和產(chǎn)業(yè)資源，其中包括：中國(guó)科學(xué)院力學(xué)所、中國(guó)鐵道科學(xué)研究院、高速列車(chē)系統(tǒng)集成

28、技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、軌道交通國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）、西南交通大學(xué)、北京交通大學(xué)，以及南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司、長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司、唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司等高速列車(chē)核心骨干企業(yè)。同時(shí)，鐵道部對(duì)“中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)軌道交通力學(xué)研究中心”給予了全力支持，將為開(kāi)展相關(guān)研究工作提供高速列車(chē)、高速線(xiàn)路及行業(yè)部門(mén)協(xié)調(diào)等必要的研究環(huán)境與條件。對(duì)于本項(xiàng)目的管理模式，將按照科技部與鐵道部共同簽署的中國(guó)高速列車(chē)自主創(chuàng)新聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃的總體要求和973項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定，建立統(tǒng)一管理、高效協(xié)作的運(yùn)作機(jī)制，實(shí)行項(xiàng)目首席科學(xué)家負(fù)責(zé)制和課題責(zé)任專(zhuān)家逐級(jí)負(fù)責(zé)制，嚴(yán)格按照研究目標(biāo)和計(jì)劃節(jié)點(diǎn)倒逼進(jìn)度，確保項(xiàng)目研究工作順利進(jìn)行

29、。本項(xiàng)目是國(guó)家的重大戰(zhàn)略需求，其先進(jìn)性、引領(lǐng)性研究成果是占據(jù)未來(lái)高速列車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)，因此該項(xiàng)目的成果與知識(shí)產(chǎn)權(quán)將統(tǒng)一組織安排。四、年度計(jì)劃年度研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年6. 分析由氣流-車(chē)-輪-軌-弓網(wǎng)-線(xiàn)-環(huán)境等多狀態(tài)參數(shù)耦合作用情況下高速列車(chē)關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題研究的理論、實(shí)驗(yàn)與技術(shù)策略。7. 基于可壓縮流動(dòng)模型，針對(duì)非定常流動(dòng)，開(kāi)發(fā)高速列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真方法，包含：非定常雷諾平均模擬（urans）、脫體渦模擬（les）及大渦模擬（les）等方法。根據(jù)時(shí)速500公里試驗(yàn)列車(chē)和試驗(yàn)線(xiàn)路條件，確定試驗(yàn)方案。8. 初步完成時(shí)速500公里條件下的含輪軌剛?cè)崮Ｐ偷能?chē)輛軌道耦合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型

30、、輪軌滾動(dòng)接觸行為理論模型、輪軌黏著理論模型、黏著控制理論模型建模。完成時(shí)速500公里條件下的輪軌黏著試驗(yàn)裝置、高能束流非均勻改性配套裝置的方案設(shè)計(jì)、加工和調(diào)試。9. 揭示非等波速鏈型結(jié)構(gòu)懸索波動(dòng)傳播、波動(dòng)分散和波動(dòng)匯合的振動(dòng)規(guī)律；提出考慮接觸網(wǎng)和受電弓空間運(yùn)動(dòng)、系統(tǒng)的彈性作用和高速氣流擾動(dòng)的弓網(wǎng)耦合模型的建模和仿真方法；分析弓網(wǎng)電弧發(fā)展的規(guī)律以及每一階段的宏觀與微觀特性，建立描述弓網(wǎng)電弧的動(dòng)態(tài)方程和弓網(wǎng)電弧時(shí)空分布模型，揭示弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生、發(fā)展及熄滅規(guī)律；10. 研究時(shí)速500公里條件下，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析給出的邊界條件與線(xiàn)路試驗(yàn)測(cè)量的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行列車(chē)部件振動(dòng)分析方法，揭示氣動(dòng)力非均勻分布對(duì)部

31、件振動(dòng)特征的影響機(jī)理，建立氣動(dòng)力與車(chē)輛振動(dòng)耦合作用下列車(chē)關(guān)鍵部件振動(dòng)分析模型與方法。11. 在時(shí)速500公里條件下，建立列車(chē)、線(xiàn)路（軌道或橋梁）、弓網(wǎng)耦合系統(tǒng)的流固耦合動(dòng)力學(xué)模型，研究其準(zhǔn)確建模方法；研究高速列車(chē)動(dòng)力載荷的等效簡(jiǎn)化模型與方法。1. 形成國(guó)內(nèi)高速列車(chē)速度提升主要制約因素研究分析報(bào)告，高速列車(chē)既有成果的總結(jié)分析報(bào)告；形成以了解輪軌、弓網(wǎng)、流固三個(gè)耦合激勵(lì)源為主線(xiàn)，表征這三方面耦合振動(dòng)特性為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證圍繞這三個(gè)因素建立的高速列車(chē)極速極限速度理論模型。2. 完成依托京滬先導(dǎo)段科學(xué)試驗(yàn)研究的試驗(yàn)方案；形成求解高速列車(chē)技術(shù)極限速度前期研究的理論分析研究報(bào)告。3. 建立

32、能夠精確模擬高速列車(chē)底部流動(dòng)的數(shù)值方法。分析單車(chē)和兩車(chē)交會(huì)壓力波形成機(jī)理，提煉壓力波影響要素。掌握高速列車(chē)多尺度幾何特性對(duì)氣動(dòng)阻力的影響機(jī)理。4. 建立時(shí)速500公里條件下的含輪軌剛?cè)崮Ｐ偷能?chē)輛軌道耦合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型、輪軌滾動(dòng)接觸行為理論模型、輪軌黏著理論模型、黏著控制理論模型建模。5. 建立列車(chē)、線(xiàn)路（軌道或橋梁）、弓網(wǎng)耦合系統(tǒng)的流固耦合動(dòng)力學(xué)模型，研究其準(zhǔn)確建模方法；研究高速列車(chē)動(dòng)力載荷的等效簡(jiǎn)化模型與方法。6. 建立描述弓網(wǎng)電弧的動(dòng)態(tài)方程和弓網(wǎng)電弧時(shí)空分布模型，揭示弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生、發(fā)展及熄滅規(guī)律。7. 發(fā)表學(xué)術(shù)論文10篇；培養(yǎng)碩士研究生10名。第二年5. 開(kāi)展時(shí)速500公里實(shí)車(chē)線(xiàn)路試

33、驗(yàn)，通過(guò)列車(chē)速度系列變化，測(cè)得列車(chē)阻力、升力和橫向擾動(dòng)力與速度的關(guān)系曲線(xiàn)，分析在時(shí)速500公里條件下高速列車(chē)的氣動(dòng)阻力特性， 探索耦合條件下氣動(dòng)技術(shù)極限速度。6. 完善與輪軌接觸相關(guān)的理論模型并發(fā)展相應(yīng)的數(shù)值程序，進(jìn)行部分工況的輪軌接觸行為仿真；完成試驗(yàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)加工，調(diào)試試驗(yàn)裝置，進(jìn)行部分工況黏著特性試驗(yàn)，探索耦合條件下輪軌技術(shù)極限速度。7. 完善并建立接觸網(wǎng)的波動(dòng)理論，提出準(zhǔn)確的接觸網(wǎng)波速表達(dá)形式；揭示弓網(wǎng)高速滑動(dòng)和跳動(dòng)接觸行為，以及快速變化的接觸網(wǎng)電壓與負(fù)荷等因素對(duì)電弧的影響規(guī)律，探索耦合條件下弓網(wǎng)技術(shù)極限速度。8. 研究列車(chē)、線(xiàn)路和弓網(wǎng)各子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系及其表征方法；研究高速輪軌系統(tǒng)各

34、種不平順激擾的描述方法；研究車(chē)體結(jié)構(gòu)整體模態(tài)和局部模態(tài)特征及其頻率范圍；研究列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)的氣動(dòng)激擾對(duì)列車(chē)（含受電弓）作用關(guān)系。1. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定不同速度條件下列車(chē)運(yùn)行阻力與速度的關(guān)系，揭示氣動(dòng)升力和側(cè)向力大小、方向隨速度增加的變化規(guī)律。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到氣動(dòng)載荷、輪軌振動(dòng)與輪軌作用力、弓網(wǎng)振動(dòng)在100-500公里范圍內(nèi)的特征。2. 建立數(shù)值模擬復(fù)雜地面效應(yīng)下高速列車(chē)底部流動(dòng)的精確數(shù)值算法。確定高速列車(chē)隧道壓力波的主要影響因素，歸納出阻塞比、舒適性三者之間的關(guān)系。建立復(fù)雜氣流激擾下氣動(dòng)載荷與車(chē)體振動(dòng)及局部振動(dòng)特性的關(guān)系。3. 完成時(shí)速500公里條件下， 考慮滾動(dòng)/滑動(dòng)、接觸/分離特征的輪軌三維彈性滾

35、動(dòng)接觸模型。初步確定接觸疲勞對(duì)輪軌材料表層組織結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。完成高能束流非均勻改性裝置改造，使其能夠加工處理時(shí)速500公里列車(chē)輪對(duì)。4. 構(gòu)建輪對(duì)、構(gòu)架振動(dòng)規(guī)律和頻譜特征。初步提出列車(chē)、線(xiàn)路等各子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系及其表征方法，高速輪軌系統(tǒng)各種不平順激擾的描述方法。5. 掌握計(jì)及車(chē)體振動(dòng)時(shí)弓網(wǎng)耦合系統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)特性;確定弓網(wǎng)系統(tǒng)的高速氣流特征;探明快速變化的接觸網(wǎng)電壓與負(fù)荷等因素對(duì)電弧的影響; 形成受電弓風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告。6. 提出求解高速列車(chē)技術(shù)極限速度的試驗(yàn)手段和理論方法；完成京滬先導(dǎo)段科學(xué)試驗(yàn)關(guān)鍵參數(shù)與指標(biāo)極值分布及規(guī)律研究分析報(bào)告；細(xì)化為驗(yàn)證高速列車(chē)技術(shù)極限速度理論模型需從黏著、輪軌、氣動(dòng)

36、、弓網(wǎng)關(guān)系等方面需要進(jìn)一步進(jìn)行的試驗(yàn)研究。7. 發(fā)表學(xué)術(shù)論文20篇；培養(yǎng)碩士研究生10名，博士生5名。第三年6. 時(shí)速500公里條件下的列車(chē)整車(chē)氣動(dòng)行為機(jī)理研究。通過(guò)時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車(chē)線(xiàn)路試驗(yàn)，結(jié)合動(dòng)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果，分析復(fù)雜地面效應(yīng)下高速列車(chē)表面分離渦流結(jié)構(gòu)、大長(zhǎng)細(xì)比列車(chē)表面邊界層發(fā)展不穩(wěn)定性等關(guān)鍵空氣動(dòng)力學(xué)特征。7. 完善數(shù)值仿真程序，全面開(kāi)展時(shí)速500公里條件下的運(yùn)行狀態(tài)輪軌滾、滑、跳接觸行為和黏著特性的數(shù)值仿真。借助于車(chē)輛軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型，完成不同速度等級(jí)運(yùn)營(yíng)條件下輪軌不平順度安全閾值。完成輪軌黏著理論模型試驗(yàn)驗(yàn)證和輪軌表面高能束流非均勻改性試驗(yàn)研究及黏著控制試驗(yàn)。8.

37、 分析不同波速利用率下的弓網(wǎng)振動(dòng)特性，提出接觸網(wǎng)波速的最佳利用率和利用極限；辨識(shí)強(qiáng)氣流擾動(dòng)條件下弓網(wǎng)耦合振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)軌跡的演變規(guī)律；揭示高速運(yùn)行條件下強(qiáng)氣流對(duì)弓網(wǎng)電弧的影響規(guī)律。9. 研究?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)與車(chē)體結(jié)構(gòu)諧振、共振及多耦合振動(dòng)特性，給出避免乘坐舒適度惡化與避免整車(chē)出現(xiàn)亞諧波共振、超諧波共振、組合共振、內(nèi)共振等非線(xiàn)性現(xiàn)象的模態(tài)控制策略與方法。10. 研究列車(chē)高速運(yùn)行的輪對(duì)陀螺效應(yīng)，車(chē)輪、轉(zhuǎn)向架和車(chē)體慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的影響；掌握高速列車(chē)蛇行運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)特性（包括失穩(wěn)頻率和振動(dòng)幅值）對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性和安全性的影響規(guī)律；分析高速鐵路地面和高架線(xiàn)路的軌道穩(wěn)定性特性。研究整車(chē)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析方法。1. 剖析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

38、，解耦氣動(dòng)載荷、輪軌振動(dòng)與輪軌作用力、弓網(wǎng)振動(dòng)在不同速度段對(duì)整車(chē)振動(dòng)的影響。2. 掌握高速列車(chē)與地面復(fù)雜形貌下的氣流的流動(dòng)現(xiàn)象以及渦流狀態(tài)，揭示單車(chē)通過(guò)隧道和隧道內(nèi)交會(huì)等情形下，不同時(shí)刻隧道內(nèi)氣動(dòng)參數(shù)的分布與變化規(guī)律及壓縮波與膨脹波的傳播。3. 建立強(qiáng)側(cè)風(fēng)隧道交匯等強(qiáng)氣流激擾下氣動(dòng)載荷與車(chē)體振動(dòng)及局部振動(dòng)特性的關(guān)系；掌握高速列車(chē)蛇行運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)特性（包括失穩(wěn)頻率和振動(dòng)幅值）對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性和安全性的影響規(guī)律；4. 發(fā)現(xiàn)超高速運(yùn)行條件下輪軌接觸點(diǎn)軌跡/斑和輪軌蠕滑率/力的變化規(guī)律。輪軌表面粗糙度和輪軌材料的表面性能對(duì)輪軌黏著特性的影響規(guī)律曲線(xiàn)。單節(jié)車(chē)多輪對(duì)黏著同步控制策略和制動(dòng)極限值。通過(guò)輪軌表面高能束

39、流非均勻改性1:1臺(tái)架試驗(yàn)研究，為線(xiàn)路實(shí)驗(yàn)提供依據(jù)。5. 完成基于輪軌振動(dòng)與載荷演化得到的高速列車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定性及運(yùn)行平穩(wěn)性研究報(bào)告。完善利用輪軌激勵(lì)邊界條件與實(shí)車(chē)測(cè)量振動(dòng)數(shù)據(jù)高速列車(chē)進(jìn)行運(yùn)行模態(tài)分析的方法；給出運(yùn)行速度對(duì)列車(chē)動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律。6. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)中的弓網(wǎng)振動(dòng)特性，揭示接觸網(wǎng)波速的最佳利用率和利用極限；確定接觸網(wǎng)不平順、車(chē)體振動(dòng)對(duì)弓網(wǎng)隨機(jī)振動(dòng)特性的影響規(guī)律；給出合理的弓網(wǎng)流固耦合方式和加載方法；辨識(shí)非線(xiàn)性吊弦對(duì)弓網(wǎng)耦合振動(dòng)特性的影響比重；建立強(qiáng)氣流場(chǎng)下電弧動(dòng)態(tài)模型，揭示弓網(wǎng)電弧在不同氣流場(chǎng)下的形貌特征及等離子狀態(tài)；形成受電弓氣動(dòng)特性試驗(yàn)研究報(bào)告；形成接觸網(wǎng)振動(dòng)及波動(dòng)傳播試驗(yàn)研究報(bào)告。7

40、. 建立單一因素（氣動(dòng)、輪軌、弓網(wǎng)）決定的高速列車(chē)極限速度模型。構(gòu)建各因素耦合條件下，滿(mǎn)足系統(tǒng)整體性能的高速列車(chē)技術(shù)極限速度研究模型。8. 發(fā)表學(xué)術(shù)論文30篇；培養(yǎng)碩士研究生20名，博士生10名。第四年5. 通過(guò)時(shí)速500公里試驗(yàn)列車(chē)線(xiàn)路試驗(yàn)和數(shù)值模擬，分析時(shí)速500公里條件下的列車(chē)非定常流動(dòng)及其導(dǎo)致的列車(chē)表面壓力周期性變化，研究列車(chē)各車(chē)廂氣動(dòng)升力和橫向力大小、方向隨速度增加的變化規(guī)律。6. 完善理論分析，得到500km/h條件下輪軌黏著理論和試驗(yàn)曲線(xiàn)；全面開(kāi)展時(shí)速500公里條件下的輪軌黏著試驗(yàn)、輪軌接觸表面形貌高能束流非均勻改性試驗(yàn)及黏著控制試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。7. 確定多弓受流狀態(tài)下的接觸

41、網(wǎng)波動(dòng)特征，揭示復(fù)雜波動(dòng)源下接觸網(wǎng)振動(dòng)波的傳播規(guī)律和干涉機(jī)制；揭示接觸網(wǎng)不平順、弓網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)和弓網(wǎng)接觸副廓型對(duì)弓網(wǎng)耦合振動(dòng)及接觸壓力的影響規(guī)律；揭示弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力、接觸副廓型、弓網(wǎng)接觸斑形貌等對(duì)接觸電阻的影響規(guī)律；8. 將各種激擾在動(dòng)力學(xué)模型中綜合考慮，發(fā)展流固耦合動(dòng)力學(xué)分析模型，研究時(shí)速500公里條件下的高速列車(chē)整車(chē)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特征。研究車(chē)體結(jié)構(gòu)在復(fù)雜氣動(dòng)激擾力作用下局部結(jié)構(gòu)顫振、屈曲特性。1. 建立氣動(dòng)載荷、輪軌振動(dòng)與輪軌作用力、弓網(wǎng)振動(dòng)對(duì)整車(chē)平穩(wěn)性及舒適性的影響的理論模型。2. 揭示列車(chē)各車(chē)廂氣動(dòng)升力和橫向力大小、方向隨速度增加的變化規(guī)律。確定單列車(chē)通過(guò)隧道和隧道內(nèi)兩列車(chē)交會(huì)等情形下，不

42、同列車(chē)和隧道參數(shù)對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與氣動(dòng)參數(shù)的分布和變化規(guī)律的影響。3. 獲取輪軌氣動(dòng)等多種激擾下車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)及局部振動(dòng)規(guī)律，闡明各激擾對(duì)振動(dòng)的影響范圍；揭示時(shí)速500公里條件下的高速列車(chē)整車(chē)動(dòng)力學(xué)演化規(guī)律。 4. 確定出時(shí)速500km條件下輪軌粗糙度安全容限，輪軌模態(tài)和噪聲輻射規(guī)律；超高速運(yùn)行條件下，輪軌黏著特性曲線(xiàn)；三維條件下輪軌黏著特性曲線(xiàn)理論和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比；多節(jié)車(chē)黏著控制和安全制動(dòng)極限初步策略；探索輪式列車(chē)的速度極限。5. 揭示復(fù)雜波動(dòng)源下接觸網(wǎng)振動(dòng)波的傳播規(guī)律和干涉機(jī)制；確定軌道-車(chē)體-弓網(wǎng)系統(tǒng)間振動(dòng)傳遞規(guī)律；揭示弓網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)、接觸副廓型對(duì)弓網(wǎng)接觸特性的影響規(guī)律；找出弓網(wǎng)接觸壓力、接觸副廓型

43、、弓網(wǎng)接觸斑形貌與接觸電阻的關(guān)系；形成弓網(wǎng)受流性能線(xiàn)路試驗(yàn)研究報(bào)告6. 提出在耦合條件下基于輪軌、弓網(wǎng)、流固三大耦合關(guān)系的高速列車(chē)技術(shù)極限速度的分析報(bào)告及理論模型。7. 發(fā)表學(xué)術(shù)論文50篇；培養(yǎng)碩士研究生30名，博士研究生15名；申請(qǐng)專(zhuān)利1-2項(xiàng)。第五年7. 綜合分析線(xiàn)路實(shí)驗(yàn)、動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真等研究結(jié)果，分析時(shí)速500公里條件下的列車(chē)氣動(dòng)效應(yīng)特征，建立列車(chē)隨速度變化的氣動(dòng)效應(yīng)綜合分析體系；建立氣動(dòng)效應(yīng)對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性、舒適性及環(huán)境友好性的影響關(guān)系。8. 完成高速輪軌接觸行為和高速輪軌黏著的數(shù)值仿真。深入進(jìn)行高速輪軌黏著試驗(yàn)研究，得到考慮更多因素黏著規(guī)律曲線(xiàn)、動(dòng)態(tài)安全/脫軌準(zhǔn)則。

44、優(yōu)化高能束流非均勻改性輪軌表面接觸形貌試驗(yàn)研究和黏著控制方法。9. 分析受電弓雙向運(yùn)行的氣流差異、明線(xiàn)和隧道的氣流差異，以及不同氣流特征對(duì)弓網(wǎng)耦合振動(dòng)和受流質(zhì)量的影響規(guī)律；掌握弓網(wǎng)帶弧受流的工作機(jī)理，研究電弧與接觸電阻之間的互相影響，進(jìn)而揭示高速條件下弓網(wǎng)受流質(zhì)量的影響因素及規(guī)律。10. 在時(shí)速500公里條件下，研究車(chē)體在各種激擾下的振動(dòng)規(guī)律，揭示局部結(jié)構(gòu)顫振、屈曲發(fā)生條件和機(jī)理，探討可能造成的結(jié)構(gòu)破壞程度，給出車(chē)體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)在顫振、共振及屈曲條件下的極限承載能力，建立車(chē)體振動(dòng)與車(chē)體結(jié)構(gòu)自身安全性和乘坐舒適性的關(guān)系。11. 建立包括多種因素的列車(chē)平穩(wěn)性統(tǒng)一分析方法。應(yīng)用整車(chē)臺(tái)架試驗(yàn)、風(fēng)洞模

45、擬試驗(yàn)和高速列車(chē)線(xiàn)路動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，進(jìn)行理論模型的試驗(yàn)驗(yàn)證。預(yù)測(cè)高速條件下整車(chē)流固耦合動(dòng)力學(xué)響應(yīng)、輪軌作用力及脫軌可能性。探索多因素耦合作用對(duì)高速列車(chē)脫軌安全性的影響規(guī)律。12. 探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車(chē)的技術(shù)極限速度1. 建立高速列車(chē)從時(shí)速100公里到500公里這一范圍內(nèi)氣動(dòng)載荷、輪軌振動(dòng)與輪軌作用力、以及弓網(wǎng)振動(dòng)特性的數(shù)據(jù)庫(kù)，建立圍繞時(shí)速500公里列車(chē)所得到的綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告、論文數(shù)據(jù)庫(kù)。完善在氣動(dòng)載荷、輪軌振動(dòng)與輪軌作用力、弓網(wǎng)振動(dòng)耦合作用下的技術(shù)極限速度模型。2. 建立氣動(dòng)效應(yīng)對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性、舒適性及環(huán)境友好性的影響評(píng)估關(guān)系。數(shù)值研究探尋高速列車(chē)氣動(dòng)阻力隨速度的突變點(diǎn)，研究和

46、辨識(shí)高速列車(chē)的氣動(dòng)阻力分布，為高速列車(chē)減阻設(shè)計(jì)提供依據(jù)。揭示列車(chē)速度、阻塞比、列車(chē)長(zhǎng)度、隧道長(zhǎng)度、線(xiàn)間距、車(chē)內(nèi)外壓差、氣動(dòng)里等參數(shù)之間的影響關(guān)系及主次關(guān)系。3. 揭示局部結(jié)構(gòu)顫振、屈曲發(fā)生條件和機(jī)理；給出車(chē)體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)在顫振、共振及屈曲條件下的極限承載能力；建立車(chē)體振動(dòng)與車(chē)體結(jié)構(gòu)自身安全性和乘坐舒適性的關(guān)系；揭示氣動(dòng)激擾下的高速列車(chē)臨界速度。4. 揭示輪軌材料表面特性對(duì)輪軌高速滾動(dòng)接觸行為影響，建立高速輪軌黏著理論；完成高速輪軌黏著試驗(yàn)，輪軌界面激光毛化增黏研究，輪軌黏著最佳控制研究并形成相應(yīng)報(bào)告；5. 形成考慮多種因素的列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性、舒適性的分析方法；揭示車(chē)體在各種激擾下的振動(dòng)

47、規(guī)律，部結(jié)構(gòu)疲勞發(fā)生條件和機(jī)理；完善相關(guān)列車(chē)動(dòng)力響應(yīng)與穩(wěn)定性分析模型與方法。6. 識(shí)別不同氣流特征對(duì)弓網(wǎng)接觸特性及受流質(zhì)量的影響規(guī)律；掌握弓網(wǎng)帶弧受流的工作機(jī)理，進(jìn)而揭示高速條件下弓網(wǎng)受流質(zhì)量的影響因素及規(guī)律；完成高速滑動(dòng)、跳動(dòng)下電弧本體及周邊環(huán)境溫度場(chǎng)計(jì)算；揭示各種影響因素對(duì)弓網(wǎng)受流質(zhì)量的影響規(guī)律。7. 形成高速列車(chē)技術(shù)極限速度的分析方法和安全邊界設(shè)定原則，形成技術(shù)規(guī)范；完成耦合條件下高速列車(chē)技術(shù)極限手段的研究成果報(bào)告。8. 發(fā)表學(xué)術(shù)論文70篇；培養(yǎng)碩士研究生10名，博士研究生10名；申請(qǐng)專(zhuān)利3-5項(xiàng)。一、研究?jī)?nèi)容(一) 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題在最高時(shí)速500公里條件下開(kāi)展運(yùn)營(yíng)環(huán)境下的基礎(chǔ)理論

48、研究是當(dāng)今世界高速鐵路界尚未深入探索的領(lǐng)域，一些傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的力學(xué)現(xiàn)象與行為，在此條件下會(huì)有怎樣的變化和特性，它的近似極限狀態(tài)又是如何？這些力學(xué)現(xiàn)象和行為對(duì)列車(chē)運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性與舒適性影響又是如何？是各高速列車(chē)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家普遍關(guān)注的重大基礎(chǔ)命題，也是這一領(lǐng)域研究的制高點(diǎn)。本項(xiàng)目將在高速列車(chē)再創(chuàng)新取得系列成果基礎(chǔ)上，依托時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車(chē)這一世界一流的試驗(yàn)平臺(tái)，組織國(guó)內(nèi)高水平的研究單位和優(yōu)勢(shì)企業(yè)，開(kāi)展時(shí)速500公里條件下的高速列車(chē)關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題研究，揭示其影響因素和規(guī)律，探索高速列車(chē)系統(tǒng)運(yùn)行的臨界點(diǎn)和極限值，從更高的視野來(lái)認(rèn)識(shí)和延拓高速列車(chē)基礎(chǔ)力學(xué)問(wèn)題在不同速度域的一般規(guī)律及其對(duì)高速列車(chē)運(yùn)

49、行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的影響；提升我國(guó)高速列車(chē)的基礎(chǔ)理論水平，搶占制高點(diǎn)，成為高速列車(chē)技術(shù)的領(lǐng)跑者，同時(shí)為我國(guó)更高運(yùn)營(yíng)速度高速列車(chē)的研制提供理論基礎(chǔ)儲(chǔ)備。為此，本項(xiàng)目擬圍繞以下四個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展研究：1、 時(shí)速500公里條件下高速列車(chē)流固耦合關(guān)系列車(chē)在貼近地面的高湍流度環(huán)境中運(yùn)行，受到地面效應(yīng)的明顯影響。尤其是列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，車(chē)體底部與軌道間流場(chǎng)結(jié)構(gòu)隨速度增加產(chǎn)生非定常演變，導(dǎo)致地面效應(yīng)極為復(fù)雜，而復(fù)雜地面效應(yīng)誘導(dǎo)的強(qiáng)氣動(dòng)激擾對(duì)車(chē)體結(jié)構(gòu)、弓網(wǎng)、整車(chē)動(dòng)力學(xué)等均會(huì)產(chǎn)生很大影響，進(jìn)而危害列車(chē)運(yùn)行安全性和乘坐舒適性。高速列車(chē)本身外型特征是長(zhǎng)細(xì)比很大，且運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，尤其在雨雪沙以及強(qiáng)側(cè)風(fēng)等惡劣氣候

50、環(huán)境下，使得高速列車(chē)表面湍流邊界層的發(fā)展極不穩(wěn)定，導(dǎo)致高速列車(chē)氣動(dòng)力特性和列車(chē)擺動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生明顯變化，進(jìn)而影響列車(chē)運(yùn)行安全性。隨著運(yùn)行速度的提高，高速列車(chē)氣動(dòng)噪聲急劇增大，成為高速列車(chē)主要噪聲源，影響鐵路周?chē)h(huán)境和車(chē)內(nèi)乘客乘坐舒適性。因此，采用數(shù)值仿真、動(dòng)模型試驗(yàn)、實(shí)車(chē)線(xiàn)路試驗(yàn)等方法，研究時(shí)速500公里時(shí)復(fù)雜氣動(dòng)效應(yīng)下的高速列車(chē)流場(chǎng)、氣動(dòng)力及尾車(chē)擺動(dòng)等隨列車(chē)速度變化的特性和規(guī)律，以及高速列車(chē)氣動(dòng)效應(yīng)與運(yùn)行安全性的關(guān)系等亟待解決的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，研究成果可為高速列車(chē)運(yùn)行安全性、乘坐舒適性和節(jié)能環(huán)保性提供堅(jiān)實(shí)的理論保障。隨著列車(chē)運(yùn)行速度的提高，氣流擾動(dòng)增強(qiáng)，聲振耦合關(guān)系更加復(fù)雜，不僅對(duì)高速列車(chē)的非

51、線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性帶來(lái)更加復(fù)雜的影響，同時(shí)還有對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行姿態(tài)和乘坐舒適性的影響。研究時(shí)速500公里條件下，不同氣流激擾形式作用的車(chē)輛結(jié)構(gòu)振動(dòng)規(guī)律，探明結(jié)構(gòu)模態(tài)與振動(dòng)、動(dòng)應(yīng)力及噪聲之間的映射關(guān)系，是車(chē)體振動(dòng)研究新的復(fù)雜命題。探索各種復(fù)雜因素對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行安全性的影響規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高速列車(chē)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，為提高列車(chē)安全性和乘坐舒適性提供理論依據(jù)。2、 時(shí)速500公里條件下高速列車(chē)輪軌關(guān)系列車(chē)在高速運(yùn)行時(shí)，輪軌的低黏著和強(qiáng)激擾振動(dòng)是輪軌滾動(dòng)的基本特征。車(chē)輪滾動(dòng)伴以頻繁的滑動(dòng)和跳動(dòng)現(xiàn)象是對(duì)傳統(tǒng)輪軌滾動(dòng)接觸的理論挑戰(zhàn)。過(guò)去假設(shè)輪對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)輪軌永遠(yuǎn)處于接觸狀態(tài)的擬靜態(tài)輪對(duì)脫軌安全準(zhǔn)則不再適用，需要研究輪對(duì)超高速運(yùn)

52、行條件下，各種潛在不規(guī)則因素激發(fā)輪軌頻繁分離/接觸行為和動(dòng)態(tài)脫軌安全判據(jù)；研究輪軌頻繁分離/接觸導(dǎo)致列車(chē)整體黏著效果下降而引起的列車(chē)牽引力和制動(dòng)力下降，輪軌擦傷以及安全問(wèn)題；研究掌握輪軌接觸斑表面形貌對(duì)輪軌滾滑接觸的影響規(guī)律，探明第三介質(zhì)對(duì)輪軌黏著與接觸振動(dòng)的影響，確定時(shí)速500公里條件下的輪軌間的黏著特性和黏著極限；高速列車(chē)高速運(yùn)行，線(xiàn)路不平順激擾加劇，氣流擾動(dòng)增強(qiáng)，聲振耦合關(guān)系復(fù)雜，研究輪對(duì)周長(zhǎng)、無(wú)砟軌道板長(zhǎng)、鋼軌定長(zhǎng)、橋跨長(zhǎng)度等的周期激擾對(duì)列車(chē)振動(dòng)的影響，研究更高速度條件下高速列車(chē)輪軌噪聲的產(chǎn)生和傳播特性，是基于輪軌動(dòng)力學(xué)分析列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的基礎(chǔ)。3、 時(shí)速500公里條件

53、下高速列車(chē)弓網(wǎng)關(guān)系隨著最高運(yùn)行時(shí)速的不斷提升，受電弓運(yùn)行速度逼近接觸網(wǎng)的波動(dòng)速度，接觸網(wǎng)波動(dòng)使得弓網(wǎng)耦合振動(dòng)發(fā)生突變，弓網(wǎng)滑動(dòng)向滑跳運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化，弓網(wǎng)電噪聲明顯增大，以至于傳統(tǒng)的弓網(wǎng)理論無(wú)法表征其新的運(yùn)動(dòng)行為。研究不同類(lèi)型接觸網(wǎng)的波動(dòng)特征和弓網(wǎng)耦合振動(dòng)行為，探究弓網(wǎng)在高速滑動(dòng)和跳動(dòng)接觸行為下弓網(wǎng)電接觸特性和燃弧規(guī)律，是解決高速受流問(wèn)題的基礎(chǔ)，也是亟待研究的科學(xué)問(wèn)題。4、 探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車(chē)技術(shù)極限速度高速列車(chē)技術(shù)極限速度是衡量高速列車(chē)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。耦合條件下氣動(dòng)技術(shù)極限速度、耦合條件下輪軌技術(shù)極限速度以及耦合條件下弓網(wǎng)技術(shù)極限速度任何一個(gè)都不代表整車(chē)實(shí)際極限速度。為此，需要在以上三

54、個(gè)因素決定的技術(shù)極限速度基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步的理論和實(shí)驗(yàn)，考慮三方面的優(yōu)化匹配，探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車(chē)技術(shù)極限速度。(二) 主要研究?jī)?nèi)容圍繞本項(xiàng)目的研究目標(biāo)，依托運(yùn)營(yíng)環(huán)境下的500km/h高速試驗(yàn)列車(chē)試驗(yàn)平臺(tái)，在凝煉影響高速列車(chē)運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，開(kāi)展如下研究：1. 時(shí)速500公里條件下高速列車(chē)氣動(dòng)效應(yīng)研究（1）復(fù)雜地面效應(yīng)下高速列車(chē)底部流場(chǎng)特性及演變機(jī)理研究復(fù)雜地面效應(yīng)下高速列車(chē)的底部流場(chǎng)十分復(fù)雜。首先，其底部存在轉(zhuǎn)向架等外形復(fù)雜的部件，導(dǎo)致氣流發(fā)生復(fù)雜的分離流動(dòng)，甚至產(chǎn)生非定常效應(yīng)；其次，車(chē)輪前行時(shí)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)流經(jīng)列車(chē)底部的空氣產(chǎn)生強(qiáng)誘導(dǎo)作用，加劇了底

55、部流場(chǎng)里的旋渦流動(dòng)；再者，在地面復(fù)雜形貌的影響下，高速列車(chē)底部與地面的氣動(dòng)相互作用，對(duì)底部氣流產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣動(dòng)激擾。三種效應(yīng)疊加在一起，使得空氣流經(jīng)列車(chē)底部時(shí)產(chǎn)生復(fù)雜的旋渦流動(dòng)，且隨列車(chē)速度的提高流場(chǎng)變化更為劇烈。本課題試驗(yàn)研究通過(guò)時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車(chē)實(shí)車(chē)線(xiàn)路試驗(yàn)，測(cè)取底板、轉(zhuǎn)向架區(qū)域、裙板、部分線(xiàn)路等處的壓力分布。數(shù)值研究建立能夠精確模擬高速列車(chē)底部流動(dòng)的數(shù)值方法，對(duì)復(fù)雜地面效應(yīng)下高速列車(chē)底部流動(dòng)開(kāi)展非定常數(shù)值模擬，捕捉底部旋渦的產(chǎn)生與演變特性，研究不同車(chē)速下列車(chē)底部旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)部件對(duì)底部流動(dòng)的干擾機(jī)理。綜合分析試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，掌握高速列車(chē)與地面復(fù)雜形貌下的氣流的流動(dòng)現(xiàn)象以及渦流

56、狀態(tài)，探明地面效應(yīng)作用下的特殊渦流的形成機(jī)制，揭示車(chē)體底部與軌道間流場(chǎng)結(jié)構(gòu)隨速度增加產(chǎn)生的非定常演變規(guī)律，探討其對(duì)列車(chē)氣動(dòng)力特性的非定常影響。（2）高速列車(chē)氣動(dòng)力分布特性研究時(shí)速500公里高速列車(chē)的氣動(dòng)力特性研究對(duì)高速列車(chē)節(jié)能減阻設(shè)計(jì)、進(jìn)一步提高列車(chē)運(yùn)行速度有重要意義，也具有一定挑戰(zhàn)。一方面，高速列車(chē)的氣動(dòng)外形比較復(fù)雜，其本身具有長(zhǎng)、寬、高尺度的銳變特征，又存在轉(zhuǎn)向架、弓網(wǎng)等外形復(fù)雜的部件。另一方面，高速列車(chē)行駛在地面高湍流度的大氣環(huán)境內(nèi)，受到各種干擾，如地面軌道和建筑物的干擾、列車(chē)不同部件間的相互干擾等。這些特點(diǎn)使得高速列車(chē)的氣動(dòng)力變化的有其特殊的規(guī)律和機(jī)理。本課題數(shù)值模擬方面，建立多尺度復(fù)

57、雜幾何外形的高質(zhì)量網(wǎng)格生成方法和精確數(shù)值模擬方法，研究高速列車(chē)的多尺度特性對(duì)壓差阻力和摩擦阻力的影響機(jī)理。對(duì)不同車(chē)速下高速列車(chē)的氣動(dòng)阻力開(kāi)展參數(shù)研究，確定列車(chē)氣動(dòng)阻力與速度的關(guān)系。試驗(yàn)研究方面，在動(dòng)模型試驗(yàn)平臺(tái)研究時(shí)速500公里條件下列車(chē)氣動(dòng)力的試驗(yàn)方法，測(cè)得不同速度條件下高速列車(chē)模型的氣動(dòng)力力。通過(guò)線(xiàn)路實(shí)車(chē)試驗(yàn)測(cè)得不同速度條件下時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車(chē)的總阻力?？偨Y(jié)試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果，確定時(shí)速500公里條件下的列車(chē)運(yùn)行阻力與速度的關(guān)系，研究高速列車(chē)全速度域的氣動(dòng)阻力特性，探索氣動(dòng)升力和側(cè)向力大小、方向隨速度增加的變化規(guī)律，為在時(shí)速500公里條件下減小列車(chē)氣動(dòng)阻力、控制氣動(dòng)升力、側(cè)向力和氣動(dòng)

58、載荷，進(jìn)而保證高速列車(chē)安全運(yùn)行提供理論支撐。（3）高速列車(chē)尾部復(fù)雜流場(chǎng)特性和產(chǎn)生機(jī)理研究高速列車(chē)是運(yùn)行在地面軌道上的、外形細(xì)長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)物體，氣流沿列車(chē)表面的發(fā)展受到列車(chē)表面凸起物（如受電弓）、表面不平順（如車(chē)間間隙、轉(zhuǎn)向架區(qū)域等）、線(xiàn)路旁設(shè)備（如車(chē)站、建筑物等）、地面條件等的影響，到列車(chē)尾部流場(chǎng)和旋渦發(fā)展的非常復(fù)雜，流場(chǎng)非線(xiàn)性發(fā)展和旋渦脫落產(chǎn)生非定常氣動(dòng)升力、側(cè)向力和氣動(dòng)干擾力等，造成列車(chē)尾擺等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)影響列車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定和安全。本課題在高速列車(chē)數(shù)值仿真、時(shí)速500公里高速試驗(yàn)列車(chē)線(xiàn)路試驗(yàn)、動(dòng)模型試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，研究高速列車(chē)外型大長(zhǎng)細(xì)比特征下的高速氣流在高速列車(chē)表面湍流邊界層的發(fā)展機(jī)理，探討高速列車(chē)表面湍