鐵路貨車的散體貨物、流體貨物動(dòng)壓力研究.pdf

1、鐵路運(yùn)輸在我國國民經(jīng)濟(jì)和在綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中具有其他運(yùn)輸方式難以替代的巨大作用。隨著貨運(yùn)重載化和運(yùn)行速度加快，其行車安全是人們關(guān)注的重點(diǎn)，因而對行車安全性能的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以敞車和罐車為研究對象，探討敞車中散粒體和罐車中流體貨物對車體的動(dòng)壓力和沖擊力，為制定合理的運(yùn)行參數(shù)和設(shè)計(jì)制造出滿足要求的列車提供參考數(shù)據(jù)，主要研究成果如下： 在經(jīng)典主動(dòng)土壓力水平層分析方法的基礎(chǔ)上，提出了計(jì)算散粒貨物對敞車側(cè)壁的靜壓力影響規(guī)律的理論

2、模型，并采用Matlab編程數(shù)值求解該理論模型。求解結(jié)果顯示，散粒體對敞車側(cè)壁壓力分布呈半弓形，特別是較低高度時(shí)與經(jīng)典庫侖土壓力分布區(qū)別較大。為了進(jìn)一步驗(yàn)證模型，建立了敞車散粒體有限元模型，模擬結(jié)果顯示，散粒體對敞車側(cè)壁壓力分布與理論計(jì)算結(jié)果接近，隨著散粒貨物與敞車之間的摩擦角δ值的增加，主動(dòng)壓力減小，作用點(diǎn)高度增加；隨著散粒貨物內(nèi)摩擦角φ值的增加，主動(dòng)壓力減小，作用點(diǎn)高度減小。砂性土或粘性土的變化規(guī)律相同；θc值反應(yīng)曲線破裂面形狀，θ

3、c越小，破裂面越陡(接近直線)。隨著δ值的增加，θc變大；隨著φ值增加，θc變小。 建立了動(dòng)態(tài)狀況下的散粒體對敞車側(cè)壁動(dòng)壓力計(jì)算模型，分析了砂子、小麥、水洗煤對敞車側(cè)壁的動(dòng)壓力，并討論了δ、φ、θ變化時(shí)對動(dòng)壓力的影響。采用顆粒流法進(jìn)行模擬驗(yàn)證，模擬計(jì)算了在裝運(yùn)不同貨物、不同運(yùn)行工況下敞車所受到的側(cè)壓力，并將結(jié)果與庫侖土壓力的結(jié)果進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明敞車所受的靜、動(dòng)側(cè)壓力與庫侖土壓力公式計(jì)算的結(jié)果相近但不同，端、側(cè)墻的壓力分布均

4、為非線性分布，側(cè)壓力作用點(diǎn)高度也不是H/3處，而且與列車和貨物的特征參數(shù)有關(guān)，與運(yùn)行工況有關(guān)。具體表現(xiàn)為：隨著散粒貨物內(nèi)摩擦角的增大，靜態(tài)側(cè)壓力減小，作用點(diǎn)高度減小；動(dòng)側(cè)壓力增加，作用點(diǎn)高度減小。隨著車體與散體之間摩擦角的增加，靜態(tài)側(cè)壓力減小，作用點(diǎn)高度增加；動(dòng)側(cè)壓力增加，作用點(diǎn)高度增加。隨著沖擊速度的增加，動(dòng)態(tài)側(cè)壓力增大，作用點(diǎn)高度增加。而且出現(xiàn)最大側(cè)壓力的時(shí)間也與貨物參數(shù)及不同工況參數(shù)有關(guān)。實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)下的罐車內(nèi)基于VOF模型的氣液兩

5、相流的數(shù)值模擬，該模擬方法直接應(yīng)用在流體對罐車動(dòng)側(cè)壓力的研究。罐車在運(yùn)輸液體貨物時(shí)的運(yùn)行狀況和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的計(jì)算結(jié)果表明，罐車受到制動(dòng)后，由于液體沖擊，在動(dòng)側(cè)端產(chǎn)生較大壓力，該壓力一開始快速增大，達(dá)到最大值后，反復(fù)振蕩衰減。罐車沖擊端的受力大小與其制動(dòng)初始速度關(guān)系密切，在一定的初始速度范圍內(nèi)，沖擊端的受力與制動(dòng)初始速度基本上成正比關(guān)系，但制動(dòng)速度大小對于罐車中液體介質(zhì)晃動(dòng)的最大幅度影響不大。沖擊端受力峰值出現(xiàn)的時(shí)間與沖擊初始速度、液體物理性