[发明专利]一种考虑运动车辆展向相关性的运动车辆气动力分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑运动车辆展向相关性的运动车辆气动力分析方法，对运动车辆的顺风向脉动风速相干函数和竖向脉动风速相干函数进行简化，并进一步提出顺风向脉动风速相干函数和竖向脉动风速相干函数的实用表达式，便于积分计算，再得到考虑顺风向脉动风速、竖向脉动风速对运动车辆气动力展向相关性影响的传递函数，摒弃了传统的风荷载沿车辆展向完全相关的假设，考虑了实际脉动风场沿车辆展向在任一时刻都不完全相关的特性，通过引入展向相关性传递函数，可获得考虑运动车辆气动力展向相关性影响的风荷载，提高了运动车辆风荷载分析的准确性。

技术领域

本发明属于行车安全性领域，尤其涉及一种考虑顺风向和竖向脉动风速对运动车辆展向相关性影响的运动车辆气动力分析方法。

背景技术

目前中国已运营的高铁线路达到2.2万公里，占全球总里程的65％左右。预计到2025年，中国将拥有3.8万公里的高速铁路网络。由于现代高速列车持续向高速化、轻量化的方向发展，其对风的作用也越来越敏感。随着我国沿海大风区和内陆大风区高铁线路的修建和运营，大风环境下高速列车的安全平稳运行也越来越受到重视。

为确保高速列车在大风环境下的运行安全性和舒适性，准确确定作用在车辆上的风荷载是前提。由于列车单节车辆较长，而传统基于自编程序或多体动力学的商业软件在建模时，通常在每节车辆上只设置一个风荷载作用点，例如李永乐,向活跃,强士中提出的风-列车-桥系统耦合振动研究综述(中国公路学报,2018,31(7):28-41.)。这实际上相当于在沿单节车辆上的气动力是全相关的，从而会过高估计作用在车辆上的风荷载。因此，为准确分析运动车辆气动力，合理评估横风下运动车辆的动力响应，考虑顺风向和竖向脉动风场对运动车辆展向相关性的影响对行车安全性分析至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑运动车辆展向相关性的运动车辆气动力分析方法，以解决传统技术中每节车辆上仅设置一个具有全相关性的风荷载作用点从而导致过高估计作用在车辆上的风载荷，并导致运动车辆气动力分析不准确的问题。该方法摒弃传统的风荷载沿车辆展向完全相关的假设，考虑实际的脉动风场沿车辆展向在任一时刻都不完全相关的特性，通过引入展向相关性传递函数，可获得考虑运动车辆气动力展向相关性的风荷载，提高运动车辆风荷载分析的准确性。

本发明独立权利要求的技术方案解决了上述发明目的中的一个或多个。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种考虑运动车辆展向相关性的运动车辆气动力分析方法，包括以下步骤：

步骤1：对参数的敏感性进行分析，简化运动车辆的顺风向脉动风速相干函数和竖向脉动风速相干函数；

步骤2：对所述步骤1中的顺风向脉动风速相干函数和竖向脉动风速相干函数进行多工况的数据分析拟合和验证，得到顺风向脉动风速相干函数和竖向脉动风速相干函数的实用表达式；

步骤3：根据所述步骤2中顺风向脉动风速相干函数和竖向脉动风速相干函数的实用表达式，推导出考虑顺风向脉动风速、竖向脉动风速对运动车辆气动力展向相关性影响的传递函数；

步骤4：根据所述步骤3中考虑顺风向脉动风速、竖向脉动风速对运动车辆气动力展向相关性影响的传递函数，获得顺风向脉动风速和竖向脉动风速作用下考虑运动车辆气动力展向相关性传递函数的车辆气动力谱。

进一步地，所述步骤1中，所述参数包括离地高度、车辆展向(即长度方向)上两点间的距离、来流平均风速以及车辆运行速度。

进一步地，所述步骤1中，简化后顺风向脉动风速相干函数的表达式为：

Coh_uM(Δ,n)＝exp[-C_DuM·(n·Δ/U)^αu]