基于代理模型的铁路桥梁风屏障的防风效果优化研究

In the study of wind barriers optimization, the optimization models of protective effect are not used in most cases. Although some univariate optimization models based on static aerodynamic characteristic are used to optimize the height of wind barrier etc., for the moving vehicle under the condition of different wind speed and vehicle speed, the protective effect of wind barrier has some difference in head car, intermediate car and tail car, which brings much difficulty in the optimization. Aiming at above issues, this application takes railway bridge as an example. The approximate calculation of aerodynamic characteristic after installing wind barriers are validated by the wind tunnel tests with moving vehicle model, and the unified index of protective effect is proposed by the approximate calculation method. The surrogate model of protective effect optimization is developed. On this basis, the optimization models with multivariate are built to optimize the protective effect of wind barrier, and to confirm the optimal curve of height-porosity, and the shape of wind barrier are further optimized. The expected research achievements should have both academic and practical value.

风屏障的防风效果优化研究中多数未建立优化模型，部分基于静止车辆气动特性建立了近似的单变量优化模型，但车辆运动时，在不同车速及风速条件下，风屏障对头车、中间车及尾车的防风效果有所差异，这给优化带来较大困难。针对上述问题，以铁路桥梁风屏障为例，采用移动车辆模型风洞试验验证设置后风屏障后车辆气动特性的近似计算方法，明确车辆运动时风屏障防风效果优化的统一指标，发展风屏障防风效果优化的代理模型方法。在此基础上，建立风屏障防风效果的多变量优化模型，明确最优的风屏障高度-透风率曲线，优化风屏障外形。预期研究成果兼具学术意义和实用价值。

以铁路桥梁风屏障为研究对象，采用风洞试验和数值模拟方法，研究了风屏障的防风性能，建立了风屏障优化模型，提出了基于自适应支持向量机的风屏障代理模型优化方法，风屏障参数进行了优化。主要内容包含以下几个方面：1）提出了三套移动车辆模型试验方案，并制作了其中一套移动车辆模型风洞试验装置，从测力时程的平稳性和试验的可重复性等方面验证了该装置的可靠性。在此基础上，考查了风屏障对运动车辆的防风效果，讨论了风速、风向、风屏障高度等参数的影响。2）通过风屏障足尺节段风洞试验，测试了在风屏障上风向和下风向的平均风剖面和湍流强度剖面，讨论了风屏障开孔尺寸和开孔方式的影响。通过缩尺节段模型风洞试验，考查了风屏障对雷诺数效应、风屏障透风率和高度的影响，分析了风屏障风荷载与车辆倾覆力矩系数间的关系。3）通过数值模拟方法研究了风屏障对高速列车周围流场的影响，考查了风屏障小偏角条件下对运动车辆的防风效果。4）在支持向量机回归模型中引入自适应抽样策略，提出了基于代理模型的支持向量机参数选择方法，建立了风屏障的优化模型，基于风洞试验和数值模拟，分别对风屏障的高度、透风率、外形等进行了优化，提出基于遗传算法和DEA多目标优化方法。得出以下主要结论：移动车辆模型风洞试验装置的测力结果具有较好可重复性和稳定性。风屏障在不同风偏角条件下对运动车辆的防风效果不一致，且存在一个最不利的风偏角，可作为风屏障优化的指标。设置屏障后明显改变了车辆气动力随风偏角的变化规律，明显改变了车辆周围的流场分布。斜风对移动车辆的气动特性影响较大，但对风屏障的防风效果影响较小。风屏障对车辆的防风效果与风屏障风荷载间存在显著的相关性，多孔式的风屏障的缩尺模型难以满足几何相似性，试验结果可能偏于不安全。代理模型优化方法可有效减少试验样本，得到试验范围内全局最优风屏障参数。研究成果兼具学术意义和实用价值。

内容获取失败，请点击重试