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申请/专利权人：华设设计集团股份有限公司

摘要：本发明公开了多制式列车通过升降式站台门安全速度阈值评估方法，以适用于多制式铁路车辆停靠满足旅客乘降的多单元升降式站台门为研究对象，参考国内不同速度等级CRH系列车、CR400系列车、市域列车和地铁列车的车辆限界、整体气动外观尺度、运营速度范围和车门位置技术参数，分别搭建多制式动车组列车通过多工作状态升降式站台门与站台空气动力学模型和列车轨道系统动力学模型，联合计算不同运行工况下多制式动车组列车通过站台的动力学行为和多工作状态升降式站台门的动力学响应；通过列车和站台门运行安全与稳定性指标评估确定多制式车辆通过安全速度阈值。

主权项：1.多制式列车通过升降式站台门安全速度阈值评估方法，其特征在于：所述方法以适用于多制式铁路车辆停靠满足旅客乘降的多单元升降式站台门为研究对象，参考国内不同速度等级CRH系列车、CR400系列车、市域列车和地铁列车的车辆限界、整体气动外观尺度、运营速度范围和车门位置技术参数，分别搭建多制式动车组列车通过多工作状态升降式站台门与站台空气动力学模型和列车轨道系统动力学模型，联合计算不同运行工况下多制式动车组列车通过站台的动力学行为和多工作状态升降式站台门的动力学响应；通过列车和站台门运行安全与稳定性指标评估确定多制式车辆通过安全速度阈值；具体多制式列车通过升降式站台门安全速度阈值评估方法包括以下步骤：1）确定多单元升降式站台门一体化布局和计算计算工况：11）确定升降式站台门模型：根据安全评估指标分别构建站台门单单元下降乘车工作位模型Ⅰ、站台门双单元下降乘车工作位模型Ⅱ、站台门全防护工作位模型Ⅲ、站台门多单元间隔下降乘车工作位模型Ⅳ四种评估模型；其中所述站台门单单元下降乘车工作位模型Ⅰ为站台门一个单元门处于下降乘车工作位状态，其余单元门均处于起升防护工作位；所述站台门双单元下降乘车工作位模型Ⅱ为站台门连续两个单元门处于下降乘车工作位状态，其余单元门均处于起升防护工作位；所述站台门全防护工作位模型Ⅲ为站台门所有单元门均处于起升防护工作位；所述站台门多单元间隔下降乘车工作位模型Ⅳ为站台门适应整列多制式车辆车门位置而部分处于下降乘车工作位状态，其余单元门处于起升防护工作位；12）标准场景铁路站场布局模型构建：基于中国现行铁路技术标准体系，创建适用于一般中间站车站布局模型Ⅰ和有岛式中间站车站布局模型Ⅱ两种模型；其中所述一般中间站车站布局模型Ⅰ临近站台靠所述多单元升降式站台门侧一般为有旅客乘降的到发线股道，所述有岛式中间站车站布局模型Ⅱ临近站台靠所述多单元升降式站台门侧一般为具备列车直通运行和有旅客乘降功能的铁路正线股道；13）多单元升降式站台门多状态评估模型构建：在步骤11）确定的4个升降式站台门模型和步骤12）所确定的4个标准场景铁路站场布局模型基础上，两两组合分别构建8个统一的多制式车辆通过不同形式站台门的计算几何模型；2）多制式动车组列车通过多工作状态升降式站台门与站台空气动力学模型创建：21）设定数学模型：设定计算可压缩、瞬态、有黏的Navier-Stokes模拟流场，湍流模拟采用k-ωSST双方程模型，采用有限体积的离散化方法，离散项采用二阶隐式格式，对流项采用二阶迎风和有界中心格式；22）确定计算域：以模拟计算站台总长（L）为参考对象，创建长为大于等于4倍站台总长（L），宽为大于等于2倍站台总长（L），高为大于等于1倍站台总长（L）的长方体外流场计算域；所述多制式动车组列车通过多工作状态升降式站台门与站台模型位于所述长方体外流场计算域对称边界中部，其中模型最前端距离外流场前侧面距离为大于等于1倍站台总长（L），模型尾端距离外流场后侧面距离为大于等于2倍站台总长（L），所述多制式动车组列车通过多工作状态升降式站台门与站台模型水平面与轨面齐平，所述水平面与外流场下底面重合；23）计算设置：网格划分采用非结构化网格，其中对于多制式动车组列车和升降式站台门流固接触面以及外围流场变化突出的区域，采用全局和局部网格相配合叠加的处理模式，表面边界层数设置为15~25，增长率设为1.2，网格包括流体网格和接触计算模型表面网格两种；计算湍流强度设为0.5%，残差取值范围为10-6~10-4；24）网格无关性条件验证：选取步骤1）任一计算工况模型进行气动特性进行比对，基于同一迭代计算方法设置3种不同网格密度工况进行无关性评估，其中细网格模型网格数量大于中等网格数量的125%，粗网格模型网格数量小于中等网格数量的75%，以所述多制式动车组列车通过站台中部的气动阻力为评估对象，计算不同网格密度对应的计算模型所受气动阻力变化率是否均小于5%，满足则进入下一步骤，不满足则需调整所述计算域内网格总数继续计算，直至满足条件通过无关性验证；3）空气动力学模型计算与加载：多制式动车组列车通过多工作状态升降式站台门与站台空气动力学模型计算与结果加载，在步骤2）的基础上分别求解当列车在速度30~400kmh范围以20kmh为计算梯度仿真求解各计算工况下，多制式动车组列车通过多工作状态升降式站台门的瞬态压力场和速度场，并将瞬态压力场转换成气动载荷，分别加载到模拟多制式动车组列车和对应工作状态的升降式站台门表面；4）建立列车轨道系统动力学计算模型；41）建立将步骤3）中的所述气动载荷作用下多制式动车组列车车辆横向运动和垂向运动耦合起来模型；42）列车轨道系统动力学模型创建：根据单节车辆建立包括1个车体、2个枕梁、2个构架、4个轮对和8个转臂组成的模型；车体、构架、轮对取6个自由度，转臂取1个点头自由度；所述列车轨道系统动力学模型还包括轮轨接触几何关系、轮轨蠕滑、一二系悬挂系统、横向缓冲器、抗蛇行减振器在内的非线性系统；其中计算采用满载状态下的列车动力学参数，轮对、构架、车体均视为刚体，不考虑钢轨的弹性变形，采用LMA踏面和TB234460kg钢轨相匹配，轮对内侧距采用中国标准1353mm，轨道不平顺激励采用实测中国高速铁路轨道谱；43）气动载荷加载和计算：分别将步骤3）计算得到的8个计算工况对应的气动载荷数据加载到对应建立的所述列车轨道系统动力学模型中，并进行模拟计算每个工况对应的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力参数，其中所述气动载荷按拟合曲线对应函数表持续加载；5）脱轨或倾覆工况排除：以步骤43）计算得到的8个计算工况对应的多制式动车组列车通过多工作状态升降式站台门时脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力参数为前提，参考中国高速铁路技术标准体系脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力指标为约束条件，计算确定并排除模拟计算中脱轨或倾覆的计算工况；6）确定安全判据的安全速度阈值：依据步骤4）得到的计算工况，排除步骤5）所述的脱轨或倾覆工况，同一坐标系中分别建立不同横风风速对应下的列车速度与脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力的曲线关系，根据步骤5）的约束指标，分析曲线是否突破所述约束指标限定值，如果有则可确定该指标作为安全判据指标，分别通过突破点确定所述安全判据指标对应的多制式动车组列车通过多工作状态升降式站台门安全速度阈值；7）建立列车风作用下站台门多体动力模型并检算：分别创建不同工作状态下所述升降式站台门多体动力学模型，将步骤3）所述的气动载荷加载到对应工作状态的所述升降式站台门表面，根据各系统部件标准强度允许值分别进行结构强度指标校核、疲劳计算、结构振动计算，计算确认是否满足指标要求；8）适应性验证：分别将步骤6）针对所述多制式动车组列车安全稳定运行的安全速度阈值范围和步骤7）针对所述升降式站台门结构强度安全范围，按均满足所述多制式动车组列车和所述升降式站台门稳定运行和安全工作的计算工况，进而确定多制式动车组列车通过升降式站台门安全速度阈值。

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