简介：
日本车辆制造株式会社位于日本名古屋，自19世纪末开始制造列车。现在，它仍然是日本产量最高的铁路列车制造商之一，拥有1100名员工，生产各种类型的列车，包括特快列车、通勤列车、地铁和轻轨等。自从1964年推出第一辆时速200公里的高速列车以来，日本车辆制造株式会社已经制造了超过3200个车厢。最新的子弹头列车可以达到每小时300公里的速度。
问题：
一辆列车在空旷无障碍区域行驶时，其空气动力载荷相对简单。但在穿越隧道或与其他列车相交时，空气动力载荷就变得复杂了。穿过隧道时，列车头部的压力波会引起巨大的噪声和振动，因此设计者需要考虑列车头部外形设计，尽可能减小进出隧道时的压力波动。
当列车在隧道内会车时，问题更加复杂。每辆列车都会形成强烈的冲击波，这些波的碰撞和相互作用会对列车产生巨大的作用力。例如，列车之间会产生巨大的推力和拉力，如果设计过程中没有充分考虑这些作用力，列车可能会出现倾覆和脱轨等危险。即使在较理想的情况下，这种效应也会对乘客的舒适度产生巨大影响。
此外，为了最大化乘客的舒适度和安全性，设计者还需要考虑列车行驶时的动态载荷、高速行驶时的侧风作用、列车门的噪声影响以及客舱内的通风换气等因素。
解决方案
制造样机是十分昂贵的,因此Nippon Sharyo采用Altair CFD软件AcuSolve进行复杂的空气动力学仿真:
安全性:预测侧风运行载荷,无风运行载荷以及会车载荷。
舒适性:除了进隧道噪声,还进了HVAC(暖通空调)仿真,考察乘客热舒适性。
制造工艺:采用摩擦搅拌焊(FSW)模拟车厢焊接过程。
Nippon Sharyo早在2002年就开始使用AcuSolve进行CFD仿真。现在Nippon Sharyo设计人员主要依赖于Altair HyperWorks系列产品,特别是AcuSolve和HyperMesh进行列车的舒适性和安全性设计。 “运用AcuSolve进行CFD仿真可使我们设计更好的产品,”Nippon Sharyo设计组经理Sato Tetsuro说,“子弹头列车的设计项目逐年复杂,质量和性能要求评价标准越来越高,涉及到的物理现象也更复杂,CFD仿真能帮助我们找到更好的解决方案。” 在列车外部,Nippon Sharyo不但着眼于减小外形阻力,同时力求减小进隧道的噪声。在列车内部,采用AcuSolve进行复杂的暖通空调仿真,考察乘客的舒适性。在这过程中,还考察了人体温度和太阳辐射的影响。
结论
很多公司的设计人员需要采用不同的设计软件来考察列车外部的空气动力学特性和客舱内部的流动情况。然而AcuSolve让Nippon Sharyo实现在同一平台上完成两种不同方面的应用。因此大大降低产品设计成本,提高效率。 运用AcuSolve,列车外形得到了优化,减小了进隧道噪声。为提高客舱内部流动情况,工程师使用AcuSolve仿真,设计出更合理的空调进出口,从而优化夏天和冬天的乘客舒适性。其中涉及到的物理现象有强迫对流、自然对流、热辐射、湍流、热传递、热源和太阳辐射等众多物理模型。另外AcuSolve可以实现搅拌摩擦焊仿真,通过设计合理的焊接参数,提高车厢焊接工艺。
苏公网安备 32059002002276号
