隨著生活節(jié)奏的加快，社會對出行工具的要求不斷增加，因此高速鐵路的建設(shè)在國內(nèi)外快速發(fā)展。為迎合市場需求，現(xiàn)有研究集中關(guān)注如何改善電力機車動力、提高列車車速，缺乏對高速列車周圍的流場研究。同時隨著鐵路建設(shè)規(guī)模的擴大，交叉跨越接觸網(wǎng)的輸電線路供電穩(wěn)定性亟待解決。而國內(nèi)外尚無針對列車風對交叉線路振動的影響研究，線路設(shè)計時也未考慮由此類振動誘發(fā)的疲勞損傷及安全性降低的問題。

在有關(guān)列車風的中外文相關(guān)文獻中，很多學者用有限元分析軟件軟件ANSYS的Fluent模塊建立二、三維模型并進行流速場理論研究和分析。比如對列車鄰線結(jié)構(gòu)的研究，包括附近人體和建筑物、高鐵客站、列車會車等；對列車跨線結(jié)構(gòu)的研究集中在跨線天橋方面。

雷波等人采用三維不可壓縮勢流模型和面元法，研究了列車高速通過跨線天橋時作用在其表面的氣動壓力，用Fluent軟件分析了跨線天橋壓力分布的基本特征。楊亦軍等人以日本靜岡車站跨線橋為例，采用有限元分析的思維，研究了跨線天橋的列車風致結(jié)構(gòu)動力特性，確定了調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（tuned mass damper, TMD）阻尼的減振作用。

張帥等人采用保留脈動成分的大渦模擬（large eddy simulation, LES）和平均風壓的雷諾時均（Reynolds average navier-stockes, RANS）湍流模型分別進行數(shù)值計算，并利用Fluent軟件對跨線天橋結(jié)構(gòu)的脈動風場進行數(shù)值模擬，探討風壓時程中脈動風壓在空間的分布規(guī)律及脈動風能里所占的比例。交叉跨高鐵越接觸網(wǎng)的輸電線路，可以參考跨線天橋結(jié)構(gòu)進行研究。

在有關(guān)高鐵接觸網(wǎng)的相關(guān)文獻中，由于實驗條件制約等客觀原因的存在，建立高速接觸網(wǎng)模型，仿真分析是研究力學性能的重要手段。接觸網(wǎng)動力學建模的方法主要有：有限差分法、有限單元法、模態(tài)疊加法。

劉志剛等人總結(jié)了接觸網(wǎng)初始平衡態(tài)求解的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，為精確分析弓網(wǎng)動態(tài)響應提供了依據(jù)。Carnicero等人采用非線性有限元方法建立了接觸網(wǎng)模型，并針對弓網(wǎng)耦合的移動網(wǎng)格算法。Ikeda等人通過建立接觸網(wǎng)的非線性模型，并提出了弓網(wǎng)的檢測與振動控制方案。

Alberto和Benet分別開發(fā)了弓網(wǎng)二維和三維非線性仿真平臺。王圣昆總結(jié)了接觸網(wǎng)風振的研究現(xiàn)狀，并設(shè)計了風振在線檢測的設(shè)備。Stickland等人通過實驗獲取了接觸線的氣動系數(shù)，并由此計算得到接觸線受風的鄧哈托系數(shù)。

Pombo等人采用Von Karman形式的風功譜分別模擬得到橫向脈動風場和縱向脈動風場，根據(jù)氣動系數(shù)計算脈動風對接觸網(wǎng)的作用力并采用多體動力學方法分析了脈動風對弓網(wǎng)受流質(zhì)量的影響。對于交叉跨越高鐵的輸電線路風振問題，可以參考接觸網(wǎng)風振進行研究。

圖1 高鐵模型及計算域尺寸

圖2 模型網(wǎng)格劃分

結(jié)論

本文針對線路運維現(xiàn)場觀測到的振動現(xiàn)象，建立高鐵模型并在有限元分析軟件Fluent中進行流場仿真，通過對測點（1,…,6）的風速v(t)曲線、x軸方向風速vu(t)曲線和y軸方向風速vv(t)曲線進行模擬數(shù)據(jù)輸出和分析，可預測線路周圍的風場分布。為防止線路振動提供理論依據(jù)。主要結(jié)論有：

1）動車組以300km/h的速度穿過跨越輸電線路時，對對地距離小于12m的線路周圍的空氣流場有擾動影響，以7～10m最為顯著且波峰速度可達15～20m/s。

2）高速列車通過時，流場中跨越導線附近的風速方向處于交替變化狀態(tài)，這將使其受力產(chǎn)生很大波動，并對抗疲勞性能產(chǎn)生不利影響。

3）在進行跨越高鐵輸電線路及桿塔設(shè)計時，需要考慮列車風的存在性和特殊性，建議線路在跨越區(qū)域的對地距離不小于9m。