技術(shù)丨AcuSolve在日本高速列車安全性和舒適性仿真方面的應(yīng)用

2017-02-15 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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(jì)末開始制造列車?，F(xiàn)今它仍是日本產(chǎn)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(dá)300km/h。

挑戰(zhàn)

通常如果一輛列車通過空曠無障礙區(qū)域,列車的空氣動力載荷相對不是很復(fù)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(nèi)與其它列車交匯,這些情況下空氣動力載荷就比較復(fù)雜。當(dāng)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(shè)計者需要設(shè)計良好的列車頭部外形,盡可能減小進(jìn)出隧道壓力波動的大小。

當(dāng)兩輛列車在隧道內(nèi)會車時,問題更為復(fù)雜。每列車都將形成強(qiáng)烈的沖擊波,這些波的碰撞和相互作用可對列車產(chǎn)生巨大的作用力。例如,列車對另外一輛列車產(chǎn)生巨大的推力,當(dāng)壓力平衡后,列車又被拉回,如果在設(shè)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(yīng)也會對乘客的舒適性有巨大影響。

另外當(dāng)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(tài)載荷、高速行駛的側(cè)風(fēng)作用、列車門的噪聲影響以及客艙內(nèi)的通風(fēng)換熱等。

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解決方案
制造樣機(jī)是十分昂貴的,因此Nippon Sharyo采用Altair CFD軟件AcuSolve進(jìn)行復(fù)雜的空氣動力學(xué)仿真:

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安全性:預(yù)測側(cè)風(fēng)運行載荷,無風(fēng)運行載荷以及會車載荷。

舒適性:除了進(jìn)隧道噪聲,還進(jìn)了HVAC(暖通空調(diào))仿真,考察乘客熱舒適性。

制造工藝:采用摩擦攪拌焊(FSW)模擬車廂焊接過程。

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摩擦攪拌焊仿真(FSW) 客艙內(nèi)HVAC流動分析

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AcuSolve模擬進(jìn)隧道噪聲

Nippon Sharyo早在2002年就開始使用AcuSolve進(jìn)行CFD仿真?，F(xiàn)在Nippon Sharyo設(shè)計人員主要依賴于Altair HyperWorks系列產(chǎn)品,特別是AcuSolve和HyperMesh進(jìn)行列車的舒適性和安全性設(shè)計。
“運用AcuSolve進(jìn)行CFD仿真可使我們設(shè)計更好的產(chǎn)品,”Nippon Sharyo設(shè)計組經(jīng)理Sato Tetsuro說,“子彈頭列車的設(shè)計項目逐年復(fù)雜,質(zhì)量和性能要求評價標(biāo)準(zhǔn)越來越高,涉及到的物理現(xiàn)象也更復(fù)雜,CFD仿真能幫助我們找到更好的解決方案。”
在列車外部,Nippon Sharyo不但著眼于減小外形阻力,同時力求減小進(jìn)隧道的噪聲。在列車內(nèi)部,采用AcuSolve進(jìn)行復(fù)雜的暖通空調(diào)仿真,考察乘客的舒適性。在這過程中,還考察了人體溫度和太陽輻射的影響。
結(jié)論
很多公司的設(shè)計人員需要采用不同的設(shè)計軟件來考察列車外部的空氣動力學(xué)特性和客艙內(nèi)部的流動情況。然而AcuSolve讓Nippon Sharyo實現(xiàn)在同一平臺上完成兩種不同方面的應(yīng)用。因此大大降低產(chǎn)品設(shè)計成本,提高效率。

運用AcuSolve,列車外形得到了優(yōu)化,減小了進(jìn)隧道噪聲。為提高客艙內(nèi)部流動情況,工程師使用AcuSolve仿真,設(shè)計出更合理的空調(diào)進(jìn)出口,從而優(yōu)化夏天和冬天的乘客舒適性。其中涉及到的物理現(xiàn)象有強(qiáng)迫對流、自然對流、熱輻射、湍流、熱傳遞、熱源和太陽輻射等眾多物理模型。另外AcuSolve可以實現(xiàn)攪拌摩擦焊仿真,通過設(shè)計合理的焊接參數(shù),提高車廂焊接工藝。

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