高速列車的案例
高速列車-橋梁-軌道聯合仿真難點分析講解（含23講詳細視頻教程）
由于高速列車是由輪軌系統驅動的，因此，高速列車與軌道之間的耦合作用主要體現在輪軌系統的相互作用方面。
在實際情況下，輪軌之間的耦合作用非常復雜。例如，由于軌道不平順、軌距變化、橋梁振動等因素，高速列車在通過不同線路時的橫向、垂向振動非常復雜。因此，研究高速列車輪軌耦合作用的數學模型和仿真方法具有重要意義。
在上述情況下，需要建立高速鐵路橋梁軌道耦合分析模型。該模型應能夠準確模擬橋梁與軌道之間的相互作用，并且能夠模擬車輛-軌道-橋梁之間的相互作用。為了有效地模擬車輛和軌道之間的相互作用，需要考慮不同線路條件下的線路特征參數和車輛運行特征參數。
列車模型的簡化和精度控制
目前，列車仿真的主要難點是如何在仿真過程中實現對列車模型的簡化和精度控制。在現實的高速鐵路橋梁軌道聯合仿真中，由于高速列車運行速度較快，如果采用傳統的線性車輛模型進行計算，其結果將很難滿足工程應用的要求。因此，對車輛模型進行簡化和精度控制是一種有效的解決方法。
在具體的應用中，可以采用多剛體車輛模型進行簡化。如果采用傳統的線性車輛模型進行計算，其結果可能與實際情況存在較大偏差。因此，在進行高速鐵路橋梁軌道聯合仿真時，可以將車-橋-軌-車作為一個整體系統來考慮。這種方法不僅可以實現對車輛模型的簡化和精度控制，而且還可以在仿真過程中實現對列車模型的精確計算。
車輛-軌道耦合系統建模方法
車輛-軌道耦合系統的建模方法可分為兩種：一種是以 Simulink為代表的面向對象建模方法，另一種是以有限元為代表的基于實體單元的建模方法。
面向對象建模方法可將車輛視為一個整體，考慮車輪、軸、車鉤、彈簧等各部件的性能，利用模型自身的屬性來描述部件間的關系。這種建模方法具有結構清晰、計算效率高等特點，但對模型中各部分之間的關系描述較為抽象，模型規模較大，計算時需要耗費大量時間。
展開 吉利要進軍“高速飛行列車”，已和航天科工達成合作
圖丨高速飛行列車（來源：航天科工集團）
當然，“高速飛行列車”最高 4000 公里的時速也并非一蹴而就，需要按照三步走戰略逐步實現：
第一步通過 1000 公里/小時運輸能力建設區域性城際飛行列車交通網；第二步通過 2000 公里/小時運輸能力建設國家超級城市群飛行列車交通網；第三步通過 4000 公里/小時運輸能力建設“一帶一路”飛行列車交通網。高速飛行列車不僅僅拉近城市之間的時空距離，同時不受天氣條件影響，不消耗化石能源，可與城市地鐵無縫接駁，很可能未來交通領域的發展趨勢和技術制高點，甚至改變人類的出行方式。
圖丨高速飛行列車（來源：航天科工集團）
當前，世界上對外宣布開展大于 1000 公里/小時運輸系統研究的公司主要有美國的 Hyperloop Transportation Technologies 公司、維珍集團旗下的 Hyperloop One 公司以及中國航天科工集團公司等。
而為了積累建造高速飛行列車的經驗，航天科工集團還聯合了國內外 20 多家科研機構，成立了國內首個國際性高速飛行列車產業聯盟，目前團隊擁有相關領域的 200 多項專利。
圖丨高速飛行列車（來源：航天科工集團）
至于此次吉利汽車和航天科工集團達成合作之后能否真正地將高速飛行列車落地應用，還有待于進一步觀察，但有一點可以肯定的是，對于已經宣布將在明年推出飛行汽車的吉利集團來說，若想成為更具影響力的汽車企業，那就必須要描繪出足夠具有想象力的未來圖景。
展開 "高速飛行列車"亮相珠海航展，時速最高4千公里
本屆航展，大波前沿科技亮相，其中中國航天科工集團首次向世界展示了其打造的“下一代交通工具”——高速飛行列車仿真平臺。據介紹，高速飛行列車最高時速可達4000公里，未來將構建起中國一小時交通網絡，推動城市群快速崛起。
開幕式前夕，南都記者在珠海航展7號展館探營時發現，中國航天科工集團展示了1：1高速飛行列車仿真平臺、實體模型以及磁懸浮展示裝置，外形與高鐵相似，但在特制的“真空管道”內運行。巨型屏幕上還演示并模擬了高速飛行列車啟動、加速、轉彎、減速和停止等狀態。
中國航天科工集團工作人員介紹，高速飛行列車利用磁懸浮技術與地面脫離接觸消除摩擦阻力，利用近真空管道線路大幅減小空氣阻力，利用電磁推進技術提供強大的加速能力和高速巡航能力，從而實現超音速的“近地飛行”。
據介紹，高速分型列車時速級別有1000公里、2000公里、4000公里，而目前民航客機飛行時速只有900公里/小時。以廣州到北京的地理距離2100余公里計算，如果未來時速達到4000公里，僅需大約30分鐘即可完成兩地“穿越”。
2017年8月，在武漢舉辦的第三屆中國（國際）商業航天高峰論壇上，中國航天科工集團公司正式披露開展“高速飛行列車”的研究論證，研制新一代交通工具。時隔一年多后，相關仿真展示平臺、車頭等就在珠海航展正式亮相。
南都記者獲悉，高速飛行列車是航天科工2015年成立的“管道飛行器”雙創團隊于2017年孵化出的項目，目前全球只有美國的HTT公司、Hyperloop One公司以及中國航天科工集團公司對外宣布開展研究時速大于1000公里的運輸系統，相比其他兩家公司，航天科工起步較晚，但由于有著航天技術的支撐，在高速真空磁懸浮列車研究方面，航天科工已經具備較高的起點。
展開 中日研發高速氣動懸浮列車 時速可達400-500公里
不用煤不用燃氣不用電 時速可達400-500公里
重慶理工參與研發高速氣動懸浮列車
不需要傳統的煤、氣、電提供動力，列車時速可達400~500公里，你相信嗎？近日，記者在重慶理工大學車輛工程學院就看到了這樣的“高速氣動懸浮列車”模型。你認識名叫鵜鶘的鳥嗎？高速氣動懸浮列車的靈感就來自于它。有關專家稱，這款列車有望改變世界交通系統。
子彈頭車頭似高鐵 車身有環形翼像飛機
記者看到，這款高速氣動懸浮列車模型長一米多，子彈頭車頭似高鐵列車，車身則有環形翼和氣流推進器，又跟飛機有些相似。
“高速氣動懸浮列車第一代、第二代樣式試制及實車試驗已經在日本完成。”重慶理工大學領銜參與高速氣動懸浮列車研發的教授賴晨光介紹，這樣的高速氣動懸浮列車，完全采用自然能源驅動，使用成本低，速度還非常快。“如果以時速500公里為前提，氣動懸浮列車的能耗是高鐵的1/3、磁懸浮列車的1/6。”
賴晨光說，他是在2004年接觸到這一項目的。“那時候，我以吉林大學教師的身份參與這個項目。”
2007年，賴晨光來到日本，更加深入地參與了該項目的研究，“主要負責空氣動力學這一塊。”
曾兩個月沒出實驗室 提出環形翼設計方案
2007年到2011年，賴晨光在日本進行了四年的研究。這四年，他每天待在風洞實驗室里，用煙霧法觀察空氣的流動，甚至一度引起中毒而住院。“有兩個月，我足不出實驗室，飯都是送進來吃。”在一次試驗中，賴晨光中毒倒下，住了好幾天院。
2011年，賴晨光來到重慶理工大學，他帶領著4位老師、二十多位研究生，繼續攻關高速氣動懸浮列車。
經過深入研究分析，重慶理工大學汽車空氣動力學團隊提出了高速氣動懸浮列車行駛穩定性控制的理論與方法，為其深入研究和開發提供了關鍵的理論指導和依據。
展開 
HyperWorks加速高速軌道列車的設計和分析
而在2001年以后，情況有了迅速的變化，中國政府開始實施鐵路運輸的變革，并 且提出了大量高速列車的需求。高速列車的設計需要對CAE分析技術的深化應用。重組后的長春軌道客車有限公司擴大了CAE工程師的隊伍，并且開始采用了HyperWorks 作為其CAE平臺，這一變化帶來了立竿見影的影響——工作效率得到了極大的提高。
“卓越的前處理技術是我們的首要目標，所以HyperMesh是我們采用HyperWorks的主要原因。”長春軌道客車有限公司的首席信息官閆雪東博士說道，“我們發現HyperMesh具有出色的功能。”
如果單獨使用ANSYS，一個CAE工程師需要花費2個月的時間才能完成一個客車 模型的分析，而其中僅在建模上就需要花6個星期時間。而采用了HyperMesh之后，工程師可以在3個星期之內建立一輛整車的模型，并在4個星期內完成包括分析在內的所有設計環節。但是更短的設計周期僅僅是閆博士喜歡HyperMesh的原因之一。
“HyperMesh不僅使我們能夠更快地建立模型，在我所用過或所見過的所有CAE軟件中，HyperMesh所提供的模型質量是最好的。”
展開 我國研制速度最高達4000km/h的高速飛行列車，各位看官以為如何？
最高時速4000千米的列車
你想象過嗎？
高速飛行列車
近日開幕的第十二屆珠海航展上，中國航天科工集團有限公司正在研發的高速飛行列車首次亮相。
現場展示模型通過多自由度平臺控制技術、視覺仿真技術和多媒體數字展示技術，對高速飛行列車啟動、加速、轉彎、制動等運行狀態進行模擬展示。
高速飛行列車定位于下一代交通工具，有更快速、更安全、更環保、更舒適以及更好的天氣適應性等特征。其利用磁懸浮技術與地面脫離接觸消除摩擦阻力，利用近真空管道線路大幅減小空氣阻力，并以強大的加速能力和高速巡航能力，實現超高速運行。列車系統將為乘客提供安全舒適的乘坐空間，列車將實現無接觸穩定行駛和全程精準加減速，運行控制系統實現全線路安全可控。
按最高速度，合肥到上海僅8分鐘!
航天科工人士表示，這是一個復雜的系統工程，未來項目落地將按照最大運行速度1000公里/小時、2000公里/小時、4000公里/小時三步走逐步實現。
這樣的速度意味著，相比高鐵，高速飛行列車運行速度提升了10倍。相比民航客機，速度提升5倍。以合肥到上海的地理距離480公里計算，高速飛行列車建成后，若時速4000公里，則僅需大約8分鐘即可完成兩地“穿越”，合肥到北京1000公里的路程只需耗時15分鐘。屆時，京滬通勤時間縮短至1小時以內，可以形成北京、上海、武漢、成都以及廣州一小時經濟圈。
安全性
對于外界關于其安全性擔憂，航天科工人士說：“安全性是要設計出來的，安全這部分問題不大，磁體這部分性能足夠保障安全。只要距離夠長，有充分的加速時間，公眾所擔心的加速度過快、剎車很急等問題不會存在。”
如此之快的速度，人體能否承受得了？
展開 吉利野心：進行高速飛行列車、工業互聯網合作研發
共推高速飛行列車產業化
高速飛行列車是中國航天科工“五云一車”商業航天工程的重要組成部分，是航天領域與交通領域的融合創新項目。在本次珠海航展上，高速飛行列車仿真模型首次亮相。
高速飛行列車定位于下一代交通工具，具有更快速、更安全、更環保、更舒適以及更好的天氣適應性等特征。
它利用磁懸浮技術與地面脫離接觸消除摩擦阻力，利用近真空管道線路大幅減小空氣阻力，并以強大的加速能力和高速巡航能力，實現超高速運行。列車系統將為乘客提供安全舒適的乘坐空間，列車將實現無接觸穩定行駛和全程精準加減速，運行控制系統實現全線路安全可控。
航天科工將秉承“信息互通、資源共享、能力協同、開放合作、互利共贏”的發展理念，進一步凝聚各方優勢力量，充分利用航空航天領域高新技術，有效結合中國近年在軌道交通領域取得的發展成就，共同推進高速飛行列車產業的開放合作、創新發展。
助推吉利向科技創新企業轉型
工業互聯網是推動中國制造轉型升級的關鍵。深耕智能制造的吉利控股集團，在汽車產業互聯網領域的工業化與信息化融合探索上已有一定積累，并初顯成效。
展開 Fluent 動網格+UDF 高速列車橫風影響下動態氣動仿真(一）
本案例利用Fluent動網格對高速列車橫風影響下的動態氣動特性展開仿真。對橫風32m/s（風向角90°）、行駛速度為300km/s的復興號展開仿真，該案例所用模型為假設模型，僅作計算設置參考。通過此案例后續可以對不同橫風角度、不同模型、不同行駛速度等工況展開類似仿真計算。
文本涉及到UDF、層鋪網格，網格劃分與流場設置十分繁瑣，可能有部分遺漏，大家可以留言詢問。
1 動網格技術說明
在Fluent中用于動網格更新的模型有以下3種：
彈簧近似光順模型（Spring-Based Smoothing）、動態鋪層模型（Dynamic Layering）以及局部網格重構模型（Local Remeshing）。
彈簧近似光順模型中的位移量來修改的，進而對網格進行光順調整。通常近似光順模型和局部網格重構模型聯合使用。
動態鋪層模型是Fluent動網格方法一般適用于二維的四邊形網格或三維的六面體棱柱網格，網格能夠根據運動情況進行自動劈分、合并，但是該方法多應用于單自由度運動模式。
在本研究中采用動態層鋪模型對高速列車運動進行模擬。
2 UDF說明
在本研究中采用動態層鋪模型對高速列車運動進行模擬。
展開 Abaqus中建立高速列車-無砟軌道-橋梁模型(車-軌-橋模型)及后處理
圖中為高速列車-無砟軌道-組合梁橋(單向行駛及兩車交會)及高速列車-無砟軌道-箱梁橋(京滬高鐵)的有限元模型以及后處理云圖，列車模型建模視頻已錄制，內容十分詳細，適合研究車-軌-橋耦合系統有限元模型的同學學習使用，有興趣可以私聊，詳情見私信，價格可談！
自主仿真|基于PERA SIM Fluid的高速列車氣動阻力分析
摘要：本文以高速列車車頭和單組車身模型為研究對象，使用安世亞太自主研發的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid進行建模和仿真，研究其明線運行時的氣動特性，并與成熟商用CFD軟件對比，驗證了PERA SIM Fluid的高精度和可靠性。
關鍵詞：高速列車；氣動特性；PERA SIM Fluid
0 引 言
列車氣動阻力與列車速度二次方成正比，隨著列車運行速度的提高，氣動阻力在總阻力中的占比增加，當列車時速超過250公里時，氣動阻力占總阻力的75%~80%，同時氣動阻力特性關系到列車節能環保能力，還是選擇合理配置牽引動力裝置的基本參數之一。
氣動阻力由壓差阻力和摩擦阻力組成，摩擦阻力是指列車運行時黏性切應力沿列車運動反方向形成的合力；壓差阻力是指列車表面壓力沿列車運行反方向形成的合力。
列車相關阻力的計算，一直以來人們都沿用“戴維斯公式”：
式中：R為總阻力；V為相對靜止空氣的速度；A為滾動機械阻力；B1為其他機械阻力；B2為空氣動量阻力；最后一項為列車所受外部氣動阻力，系數C的計算公式為：
式中：ρ為空氣密度；S為列車迎風面積；Cd為阻力系數。
通過數值模擬方法可以計算出列車所受的空氣阻力Fd，基于上述參數可得阻力系數的計算公式：
本文采用安世亞太自主研發的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid對列車單組車廂的氣動性能進行了仿真分析。
1.
展開 為超高速列車設計車廂
交通是城市的命脈，為了縮短時空距離，各國都在努力著，阿聯酋迪拜就打算推出時速高達1080km/h的超高速管道列車。近日，寶馬Designworks與維珍集團旗下的Virgin Hyperloop One公司和迪拜道路運輸管理局合作開發了超高速管道列車的原型車廂。
超高速管道列車的運行原理并不復雜，憑借封閉型的管道與磁浮動力，將車廂運行的阻力大幅減少到趨近為零的程度，也將有效避免天氣等額外因素的影響，理想時速將高達1080km/h，也就是說未來從迪拜搭到阿聯酋首都阿布扎比僅需12分鐘的車程（當前需要90分鐘）。
不過由于超高速運輸的特性，乘客在車艙內須保持坐姿以確保安全，且車廂也沒有規劃車窗等配備，但是對于乘客來說，不論是多短暫的旅途，適當的舒適配備都是不可獲缺的。于是Vigin Hyperloop One公司就邀請寶馬Designworks操刀規劃，打造既有科幻成分，又不失豪華舒適氛圍的車廂空間。
按照寶馬的設想，他們將加大各個座位之間的距離，以減少密閉的感受。且座椅一律采用真皮材質，并配有加熱/通風、坐姿調節等功能。旁邊還配備了大面積的觸摸屏，提供多樣的互動娛樂或辦公條件。整體乘客艙的設計風格借鑒了傳統阿拉伯圖案的靈感，并將其與未來風格融合在一起。
轉自寶馬客
展開 
AcuSolve在日本高速列車安全性和舒適性仿真方面的應用
AcuSolve在日本高速列車安全性和舒適性仿真方面的應用
客戶簡介
日本車輛制造株式會社（Nippon Sharyo），位于日本名古屋，從19世紀末開始制造列車。現今它仍是日本產量最高的鐵路列車制造商之一，擁有1100名員工，制造各種類型的列車，如特快列車、通勤列車，地鐵及輕軌等。自從1964年第一輛時速200km/h高速列車起，日本車輛制造株式會社制造了超過3200個車廂。最新的子彈頭列車時速可達300km/h。
挑戰
通常如果一輛列車通過空曠無障礙區域，列車的空氣動力載荷相對不是很復雜。然而列車在行駛過程中通常需要穿過隧道，同時也會在空曠地域或隧道內與其它列車交匯，這些情況下空氣動力載荷就比較復雜。當列車穿過隧道，列車頭部的壓力波會引起很大的噪聲和振動，因此設計者需要設計良好的列車頭部外形，盡可能減小進出隧道壓力波動的大小。
當兩輛列車在隧道內會車時，問題更為復雜。每列車都將形成強烈的沖擊波，這些波的碰撞和相互作用可對列車產生巨大的作用力。例如，列車對另外一輛列車產生巨大的推力，當壓力平衡后，列車又被拉回，如果在設計過程中這樣的作用力考慮得不是很周全，則列車實際中可能會有傾覆出軌的危險。即使較理想的情況下，該效應也會對乘客的舒適性有巨大影響。
另外當盡可能最大化乘客的舒適性和安全性后，以及其它一些方面也需要考慮。如列車明線運行時的動態載荷、高速行駛的側風作用、列車門的噪聲影響以及客艙內的通風換熱等。
解決方案
制造樣機是十分昂貴的，因此Nippon Sharyo采用Altair CFD軟件AcuSolve進行復雜的空氣動力學仿真：
- 安全性：預測側風運行載荷，無風運行載荷以及會車載荷。
- 舒適性：除了進隧道噪聲，還進了HVAC（暖通空調）仿真，考察乘客熱舒適性。
展開 龐巴迪使用modeFrontier優化高速列車
這些都是龐巴迪選擇modeFRONTIER軟件的部分原因，該軟件作為一個多目標多學科優化設計平臺，被應用于屢獲殊榮的ZEFIRO 380列車的設計。
“通過多目標優化方法在龐巴迪高速列車中的應用，得到了一個極具競爭力的產品，由于需要的標準牽引功率降低，即保證了能源效率的提高，又降低了成本。”
亞力山大?奧雷蘭諾，龐巴迪公司的空氣動力學首席專家，該公司是航空和鐵路運輸領域的世界領先者。
優化的目標是得到一個Pareto優化設計，或者叫均衡設計，同時具有較低的風阻和較高的側風穩定性。為了得到這樣的設計，使用了modefrontier軟件，不僅可以集成龐巴迪所使用的各種CAE工具，還用來驅動幾何變形和仿真過程，并為，并為結果的解釋提供必要的圖形工具。modeFrontier，由ESTECO公司開發，綜合了三維建模以及對于風阻和側風穩定性的仿真，使用遺傳算法來最終得到Pareto優化解。龐巴迪公司的專家們考慮了建模階段多達六十種不同的設計參數，包括列車的外殼、駕駛室、碰撞結構以及人體工程學約束。公司最終得以降低空氣阻力20%，減少約10%的能源消耗。通過使用modeFRONTIER，龐巴迪工程師可以從一系列設計中進行選擇，以適應特定的造型喜好，同時又能保證能源消耗的優化且最大化穩定性和安全性的準則。
展開 Fluent 合成風法高速列車橫風靜態氣動特性仿真（一）
本案例利用Fluent 合成風法對高速列車橫風影響下的靜態氣動特性展開仿真，主要是對比了幾種不同邊界條件的影響，確定更為合理的邊界條件，為后續的橫風計算提供參考。對橫風32m/s（風向角90°）、行駛速度為300km/s的復興號展開仿真，該案例所用模型為假設模型，僅作計算設置參考。通過此案例后續可以對不同橫風角度、不同模型、不同行駛速度等工況展開類似仿真計算。
1 合成風法說明
當給定邊界條件時，對于側風的設置如下：假設動車組列車的行駛速度為v，列車運行方向為向左運行，此時風作用于列車的空氣流動的速度為?v。給定一個確定的側風速度w，側風向下作用，風向角度為a。由于作用于列車運行方向反向的空氣流動速度與作用在列車側壁上的側風速度共同作用，產成了合速度u。在計算過程中，設置合速度u為入口邊界速度矢量。
2 workbench 設置
本案例計算模型簡單，且為瞬態計算，僅需選擇Fluent（帶網格劃分模塊即可），相關的workbench設置如下圖：
3 SCDM 設置
3.1 導入幾何
本案例對比了常見的兩種建模方式，與三種不同的邊界。
建模方式一
建模方式二
可以發現，主要區別在于列車的角度，建模方式一列車平行于x軸。建模方式二列車與x軸有夾角。
4 Fluent meshing 設置
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體的方法對體網格進行劃分。具體的劃分結果如下圖所示：
5 FLUENT 設置
5.1 General設置與網格導入
由于本文只探討穩態計算結果，此處的設置比較簡單。
5.2 邊界條件設置
地面設置為free-slip，幾何圖中未標注的其他邊界為對稱面。
展開 AcuSolve 在日本高速列車 安全性和舒適性仿真方面的應用
行業：
挑戰：通過分析列車空氣動力載荷 及客艙內熱流分析增加列車 舒適性和安全性
Altair 解決方案：AcuSolve CFD 仿真
優點：單一 AcuSolve 軟件包 便可完成列車的綜合仿 真，滿足多方面模擬的 需要； 改善了列車的設計
背景介紹
日本車輛制造株式會社（Nippon Sharyo），位于日本名古屋，從 19 世紀末開 始制造列車。現今它仍是日本產量最高的鐵路列車制造商之一，擁有 1100 名員工， 制造各種類型的列車，如特快列車、通勤列車，地鐵及輕軌等。自從 1964 年第一 輛時速 200km/h 高速列車起，日本車輛制造株式會社制造了超過 3200 個車廂。最 新的子彈頭列車時速可達 300km/h。
挑戰
通常如果一輛列車通過空曠無障礙區域，列車的空氣動力載荷相對不是很復雜。 然而列車在行駛過程中通常需要穿過隧道，同時也會在空曠地域或隧道內與其它列 車交匯，這些情況下空氣動力載荷就比較復雜。當列車穿過隧道，列車頭部的壓力 波會引起很大的噪聲和振動，因此設計者需要設計良好的列車頭部外形，盡可能減 小進出隧道壓力波動的大小。
當兩輛列車在隧道內會車時，問題更為復雜。每列車都將形成強烈的沖擊波， 這些波的碰撞和相互作用可對列車產生巨大的作用力。例如，列車對另外一輛列車 產生巨大的推力，當壓力平衡后，列車又被拉回，如果在設計過程中這樣的作用力 考慮得不是很周全，則列車實際中可能會有傾覆出軌的危險。即使較理想的情況下， 該效應也會對乘客的舒適性有巨大影響。
另外當盡可能最大化乘客的舒適性和安全性后，以及其它一些方面也需要考慮。
展開 