随着全球平均温度连年上升,极大增长了恶劣天气气候的发生概率,城市受灾情况也较以前显著增多,大风、暴雨、高温等极端天气事件频繁发生,造成农作物受灾、房屋倒塌、轨交交通瘫痪,甚至引发翻船翻车等重大事故。在城市区域,城市轨交交通行车安全问题日益凸显。本文主要研究侧风对轨交列车行车安全的影响,并采用上海气象局对于城市风灾危险性的评估指标,综合工程实际应用与气象资料分析,为轨交列车车头优化及气动性能研究提供参考。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)分析轨交列车车体在复杂风场条件下的侧风效应问题。以数值CFD计算为研究手段,研究车体气动力特性及参数敏感性,系统考察车体气动力随风攻角、风速、车速的变化规律,据此分析列车行驶时的力学性能。结果表明气动升力、侧向气动力、倾覆力矩这三者受风速的影响规律相似。头车在侧风运行时的气动状况是最不佳的,气动力对风向的变化具有更高的敏感性。风速对轨交列车气动力影响大于车速。(2)通过轨交列车单车进出隧道以及两车在隧道交会时,头车、中间车、尾车的气动力系数,较为系统地对轨交列车在隧道中的运行情况作出分析。为车体在隧道中行驶的安全性作出评估。结果表明,两种工况中轨交列车各分部受气动力影响均极小,尤其是单车进出隧道时尾车的气动表现。两车在隧道内相向交会时,几乎所有的气动规律都表现异性。(3)以上海城市轨道交通16号线车辆的安全行车服务需求为出发点,通过CFD数值模拟、力学分析等手段建立侧风环境下的轨交车辆安全行驶模型,分析各种影响因素对车辆安全行驶速度的影响,为城市交通安全运行提供理论和技术支持。模拟结果表明,轨交车辆运行过程中,靠近迎风侧的TMC1车受侧风的影响最大。同等条件下,以脱轨系数作为轨交列车安全行驶速度评定标准时,留有更多的设计安全空间。(4)研究轨交列车车头形状优化问题。参照轨交设计规范拟定几种不同长宽比、高宽比的车头形状,采用CFD数值模拟方法比较这几种工况对应车体的气动力性能,分析车头形状对气动力的影响,提供最优化轨交列车车头方案。结论说明:工况三的气动升力系数为四种工况最大,同时工况四为理想的流线型解,也是最能满足安全行车要求的方案。