Due to the rugged terrain, metro lines in mountain city across numerous wide rivers and deep valleys, resulting in instability of high-pier bridge and insecurity of metro train under crosswind. Compared with the conditions of no-wind, crosswind triggers severer vibration of the dynamic system; compared with the short-pier viaduct, the high-pier viaduct has worse stability under crosswind. For these reasons, the running safety of the metro vehicle traveling on a high-pier viaduct under crosswind is analyzed to ensure the safe operation in metro lines in mountain cities. In this paper, a dynamic model of the metro vehicle-track-bridge system under crosswind is established, in which crosswind loads model considering the condition of wind zone are built. After that, the evaluation indices and the calculation parameters have been selected, moreover, the basic characteristics of the dynamic system with high-pier under crosswind are analyzed. On this basis, the response varies with vehicle speed and wind speed are calculated, then the corresponding safety zone is determined. The results indicate that, crosswind triggers drastic vibration to the metro vehicle and high-pier viaduct, which in turn causes running instability of the vehicle. The corresponding safety zone for metro vehicle traveling on the high-pier is proposed, and the metro traffic on the high-pier bridge under crosswind should not exceed the corresponding limited vehicle speed to ensure the running safety.
High-sided road vehicles are susceptible to a sharp-edged crosswind gust, which may cause vehicle accidents such as overturning, excessive sideslip, or exaggerated rotation. This paper thus investigates the dynamic behaviour and possible accidents of high-sided road vehicles entering a sharp-edged crosswind gust with road surface roughness and vehicle suspension included. The high-sided road vehicle is modelled as a combination of several rigid bodies connected by a series of springs and dampers in both vertical and lateral directions. The random roughness of road surface is generated from power spectral density functions for various road conditions. The empirical formulae derived from wind tunnel test results are employed to determine aerodynamic forces and moments acting on the vehicle. After the governing equations of motion are established, an extensive computation work is performed to examine the effects of road surface roughness and vehicle suspension on the dynamic behaviour and vehicle accidents. It is demonstrated that for the high-sided road vehicle and wind forces specified in the computation, the accident vehicle speed of the road vehicle running on the road of average condition is relatively smaller than that running on the road of very good condition for a given crosswind gust. The vehicle suspension system should be taken into consideration, and the accident vehicle speed becomes smaller if the vehicle suspension system has softer springs and lighter dampers.
To investigate the characteristics of the combined wind field produced by the natural wind field and the train-induced wind field on the bridge, the aerodynamic models of train and bridge are established and the overset mesh technology is applied to simulate the movement of high-speed train. Based on ten study cases with various crosswind velocities of 0~20 m/s and train speeds of 200~350 km/h, the distributions of combined wind velocities at monitoring points around the train and the pressure on the car-body surface are analyzed. Meanwhile, the difference between the train-induced wind fields calculated by static train model and moving train model is compared. The results show that under non-crosswind condition, the train-induced wind velocity increases with the train speed while decreases with the distance to the train. Under the crosswind, the combined wind velocity is mainly controlled by the crosswind, and slightly increases with the train speed. In the combined wind field, the peak pressure zone on the headstock surface moves from the nose area to the windward side with the increase of wind velocity. The moving train model ismore applicable in analyzing the train induced wind field.
Owing to the lightening of railway vehicles and increased operation speeds, the reduction of running safety in the presence of crosswind is becoming an important problem. In particular, the running safety tends to decrease when vehicles run on curved track. When a crosswind acts on a vehicle negotiating a curve from the outer side, flange climbing can occur. In this study, a full-vehicle model was constructed using the multi-body simulation software SIMPACK, and a simulation of a bogie vehicle with two-axle trucks negotiating a curve was carried out to examine the running safety under the condition where a crosswind acts on the vehicle from the outer side of the curve. As a result, it was verified that the derailment coefficient of the first wheelset becomes large in the exit transition curve and the coefficient of the third wheelset does in the entrance transition curve, and this trend becomes pronounced at low operation speeds in the presence of a stronger crosswind. It was also shown that the critical derailment coefficients obtained by modified Nadal's formula considering the effect of attack angle become close to the actual derailment coefficients at the timing that flange climbing occurs.
Qian Zhang;Xiaopei Cai;Tao Wang;Yanrong Zhang;Shusheng Yang
Wind and Structures
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v.37
no.4
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pp.275-287
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2023
Subgrade differential settlement of high-speed railways was a pivotal issue that could increase the risk of trains operation. The risk will be further increased when trains in the subsidence zone are affected by crosswinds. In this paper, the computational fluid dynamics (CFD) model and finite element (FE) model were established, and the data transmission interface of the two models was established by fluid-solid interaction (FSI) method to form a systematic crosswind-train-track-subgrade dynamic model. The risk of high-speed train encountering crosswind in settlement area was analyzed. The results showed that the aerodynamic force of the trains increased significantly with the increase in crosswind speed. The aerodynamic force of the trains could reach 125.14 kN, significantly increasing the risk of derailment and overturning. Considering the influence of crosswind, the risk of train operation could be greatly increased. The safety indices and the wheel-rail force both increased with the increase of the wind speed. For the high-speed train running at 350 km/h, the warning value of wind speed was 10.2 m /s under the condition of subgrade settlement with wavelength of 20 m and amplitude of 15 mm.
This article presents the unsteady aerodynamic performance of crosswind stability obtained numerically for the ATM train. Results of numerical investigations of airflow past a train under different yawing conditions are summarized. Variations of occurrence flow angle from parallel to normal with respect to the direction of forward train motion resulted in the development of different flow patterns. The numerical simulation addresses the ability to resolve the flow field around the train subjected to relatively large yaw angles with three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations (RANS). ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model solved on a multi-block structured grid using a finite volume method. The massively separated flow for the higher yaw angles on the leeward side of the train justifies the use of RANS, where the results show good agreement with verification results. A method of solution is presented that can predict all aerodynamic coefficients and the wind characteristic curve at variety of angles at different speed.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.12
no.2
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pp.71-81
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2004
There are four methods of landing of B747-400 during the crosswind condition. Pilots can choose either one of them. Those are: Sideslip/Wing low, De-Crab during Flare, Touchdown in Crab, Combining Crab and Sideslip. They decide to use one method by what they have learnt before. During the flight, the pilots choose the method, which depends on the weather forecast, and then try to land according to it. However, the weather condition always changes. In other words, the weather during planning and landing can be different, which can provide a difference between the previously expected situation and the actual one. Therefore, it is very important for the pilots to have the situation awareness. This study shows the direction and the prevention to avoid those errors, which are based on actual landing data of B747-400.
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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v.4
no.4
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pp.263-271
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2000
To investigate the distribution of air pollutants dispersion in the horizontal wind fields, a chaff release experiment was carried out by an airplane. The temporal and spatial variations of a chaff plume from an elevated point source using the WSR-88D(NEXRAD) radar. The observed profiles of radar reflectivity were compared with the Gaussian diffusion model at slightly unstable atmospheric condition. The present study shows that the distributions of radar reflectivity from chaffs and their concentration by the model are in general agreement with time variation. The dispersion coefficients in downwind($\sigma$(sub)x) and crosswind($\sigma$(sub)y) spread data exceeded what has generally been found at Pasquill and Brigg\`s estimates. As a result, it was clearly shown that horizontal and vertical diffusion coefficients are more accurately determined as compared with theoretical coefficients. At longer diffusion distances(than 10km), a radar observation provided the determination of maximum range and diffusion height more qualitatively, too.
Flow around an ICE2 high-speed train exiting a tunnel under the influence of a wind gust has been studied using numerical technique called detached eddy simulation. A wind gust boundary condition was derived to approximate previous experimental observations. The body of the train includes most important details including bogies, plugs, inter-car gaps and rotating wheels on the rail. The maximal yawing and rolling moments which possibly can cause a derailment or overturning were found to occur when approximately one third and one half of the train, respectively, has left the tunnel. These are explained by development of a strong vortex trailing along the upper leeward edge of the train. All aerodynamic forces and moments were monitored during the simulation and the underlying flow structures and mechanisms are explained.
When railway vehicles run by towers of long span bridges, the railway vehicles might experience a sudden load-off and load-on phenomenon in crosswind conditions. To ensure the running safety of the railway vehicles and the running comfort of the passengers, some studies were carried out to investigate the impacts of sudden changes of aerodynamic loads on moving railway vehicles. In the present study, the aerodynamic coefficients which were measured in wind tunnel tests using a moving train model are converted into the aerodynamic coefficients in the actual scale. The three-component aerodynamic loads are calculated based on the aerodynamic coefficients with consideration of the vehicle movement. A three-dimensional railway vehicle model is set up using the multibody dynamic theory, and the aerodynamic loads are treated as the inputs of excitation varied with time for kinetic simulations of the railway vehicle. Thus the dynamic responses of the railway vehicle passing by the bridge tower can be obtained from the kinetic simulations in the time domain. The effects of the mean wind speeds and the rail track positions on the running performance of the railway vehicle are discussed. The three-component aerodynamic loads on the railway vehicle are found to experience significant sudden changes when the vehicle passes by the bridge tower. Correspondingly, such sudden changes of aerodynamic loads have a large impact on the dynamic performance of the running railway vehicle. The dynamic responses of the railway vehicle have great fluctuations and significant sudden changes, which is adverse to the running safety and comfort of the railway vehicle passing by the bridge tower in crosswind conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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