熊小慧, 唐明赞,*, 汪海燕, 朱 亮, 李小白

(1. 中南大学 轨道交通安全教育部重点实验室, 长沙 410075; 2. 中南大学 轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室, 长沙 410075; 3. 中南大学 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心, 长沙 410075; 4. 中车青岛四方机车车辆股份有限公司, 青岛 266111)

0 引 言

U型橡胶结构外风挡被广泛应用于高速列车两车厢端部连接处，如图1所示，使车体表面光顺平滑过渡，以此来减小列车运行时的气动阻力与气动噪声[1-3]。近年来，随着旅客列车向高速化、轻量化方向发展，结构设计中被忽略的气动弹性问题逐渐突显出来。当列车高速运行时，列车表面周围空气的流速急剧加快，运动的空气以列车风的形式作用于外风挡上，对U型橡胶结构产生沿流向的阻力(拉力)和垂直于流向的升力，风产生的压力或U型橡胶外风挡上旋涡的脱落均可能诱发结构产生以流固耦合作用为特点的变形或振动现象[4-5]。而外风挡的变形振动反过来又影响周围流场运动，从而改变气动载荷的分布和大小，将导致车厢端部连接处的气动力分布不均匀，严重影响列车行车稳定性。同时，外风挡的变形振动对于结构的疲劳寿命同样产生危害。因此对于高速列车U型橡胶结构外风挡的气动弹性研究显得尤为重要。

图1 高速列车U型橡胶结构外风挡

气动弹性其本质是气动力、弹性力以及惯性力之间相互耦合作用发生在两交界面上的流固耦合问题[6-7]。在工程领域，除了航空航天工程中的飞行器结构外，民用工程领域的桥梁、烟囱、高塔、高楼等高耸结构，机械工程领域的涡轮机械以及电力工程领域的输电线等，都存在流固耦合问题[8-11]。……