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随着高速列车运营速度的不断提高,其空气动力学效应更加突出。尤其是高速列车在大风环境下高速运行时,其气动特性和运行安全性指标都会发生显著的变化,大大增加了列车发生脱轨或倾覆的可能性。因此,需要对大风环境下的高速列车运行安全性进行深入的研究探讨,对保障高速列车的安全运行有非常重要的现实意义。首先,在计算流体力学的基础上,利用FLUENT软件对对大风环境下高速列车的外部流场进行数值仿真。分析了高速列车表面压力分布规律以及周围流场特性,并计算分析高速列车的头车、中间车和尾车所受气动载荷随风速、车速以及方向角的变化规律。研究结果表明,随着风速和车速的提高,列车所受到的气动载荷显著变大,其中头车的变化明显大于中间车和尾车,因此可以认为,大风环境下高速列车的气动性能的优劣取决于头车。在此基础上,利用UDF编程模拟阵风模型,分析高速列车在不同阵风模型作用下的气动特性。研究结果表明,高速列车的气动性能随着阵风模型的变化而变化,表现出时效性,且阵风结束后其尾流对高速列车仍有作用。随着阵风速度的增大,其尾流的作用时间不断增长,对于最高风速为5m/s的阵风,尾流在10s左右消失;而对于最高风速为30m/s的阵风,其尾流在14.2s左右消失。基于多体动力学基本理论,应用系统动力学软件SIMPACK,建立高速列车头车的动力学模型,然后将空气动力学中计算得出的气动载荷施加到列车系统动力学模型中,分析高速列车在大风环境下的运行安全性。通过模拟计算,得到高速列车在不同工况下的各安全性指标。分析其安全性指标随风速、车速以及风向角的变化规律。研究结果表明,各安全性指标都随车速和风速的提高而增大,即安全性降低。当风向角为90°时,各安全性指标最大。根据我国高速列车整车试验规范对高速列车在不同运行条件下的运行安全性进行了评判,分析了列车在大风作用下的最高安全运行速度。高速列车在经过风速为28m/s的风区时,最高运行速度为200km/h;而当经过风速为18m/s的风区时,最高运行速度可达350km/h。本文的研究结论可以为我国高速铁路在大风环境中运行提供理论依据,对我国高速列车在大风环境下安全运行具有一定应用参考价值。