基于雙向流固耦合的鐵路客車水箱沖擊分析

戴忠晨　閆海寧　劉建軍　付寧寧

摘要：以鐵路普通客車水箱為研究對象，針對列車在加減速過程中對水箱內液體沖擊晃動的問題，通過采用雙向流固耦合方法進行仿真分析。得到了箱內氣液兩相流分布狀態，獲得水箱應力時間歷程圖和水箱位移歷程圖，實現對水箱結構強度更為準確的研究分析。通過與無防波板時水箱進行比較，進一步明確了防波板在受到沖擊時所起的緩沖作用，為鐵路客車水箱結構的設計提供了實用可靠的分析方法。

關鍵詞：水箱;雙向流固耦合;數值分析;結構強度

中圖分類號：TG457文獻標志碼：A文章編號：1001-2303（2020）04-0079-06

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.04.13

0 前言

鐵路客車水箱是列車必備設備之一，用以保證列車上乘客和乘務人員的飲用以及生活用水。隨著鐵路列車的大幅提速，在列車加減速時水箱所受到的沖擊晃動作用明顯增強。因此，利用雙向流固耦合方法對水箱內的液體進行晃動沖擊仿真，找出水箱結構的薄弱環節對保證列車安全穩定的運行具有重要意義。由于水箱結構相對復雜，目前國內外對鐵路客車水箱結構的相關研究較少[1]，大多以結構形式相對簡單的儲液容器為研究對象。如陳志偉[2]以移動式壓力容器為研究對象，利用FLUENT軟件對帶自由液面的液體晃動進行仿真分析，研究了液體晃動對壁面的沖擊作用以及容器內的防波板裝置的分布情況。茍興宇等[3]基于航天耦合動力學，對不同類型模型的耦合理論進行了深入研究。劉奎等[4]以罐車為研究對象，利用FLUENT軟件，通過VOF模型對制動時的液體晃動過程進行了仿真分析，并與實驗結果進行對比，研究防波板在整個晃動過程中的作用。……