侧风下高速列车运行安全性分析

将列车空气动力学和多体动力学理论相结合,研究风载荷对高速列车运行安全性的影响。采用自回归(AR)模型模拟随机脉动风速时程,结合流体动力学理论计算作用在高速列车多体动力学模型上的等效风载荷。建立车辆系统动力学模型,分析不同车速、风速以及风向角对列车安全性指标的影响,并依据高速列车运行安全性限定标准,确定了不同风速下列车的最高安全运行速度。     

车轮踏面擦伤动态定量测量新方法

车轮踏面擦伤是危及列车运行安全的主要原因之一。如何准确测量其大小是高速和重载列车发展中必须首先要解决的关键测量问题。提出一种新的车轮擦伤动态测量方法，不仅能实现对踏面擦伤和磨损的定量测量，同时能克服已有技术测量不能定量、测量结果受外界很多因素影响的缺点。测量系统主要由平行四边形机构、传感器、数据采集与处理等部分组成。现场试验表明：当列车速度低于１５　ｋｍ·ｈ－１，系统的测量误差小于０．２　ｍｍ。     

计及蓄电池的高速磁浮辅助停车区位置研究

高速磁浮列车在辅助停车区进行故障排除后,必须保证其车载蓄电池电量能够满足到达下一个辅助停车区才能允许发车.对高速磁浮列车运行方式、列车运行过程中的车载蓄电池的能量消耗进行分析,建立计及蓄电池的高速磁浮辅助停车区设置方法;采用牵引加速度、滑行减速度、涡流减速度进行车速曲线计算,并计算出不同蓄电池电量下辅助停车区的设置位置.计算结果证明,该方法可使高速磁浮系统避免列车在维护运行时由于车载蓄电池电量不足导致的异常落车事故发生.     

基于S变换的高速列车小幅蛇行识别方法

针对现有的高速列车监测方法没有考虑高速列车振动信号的非平稳特性,从而使得列车出现蛇形失稳现象的问题,提出一种采用S变换的方法对高速列车转向架信号进行处理,进而提取高速列车运行特征。采用最小二乘支持向量机（LS-SVM）对特征进行训练和识别,结果证明,基于S变换的特征提取方法的识别准确率达到了100%,优于基于小波变换的特征提取方法,从而可以及时预测高速列车的运行状态,保障列车的运行安全。     

强风雨环境下高速列车运行安全特性

为确保高速列车在强风雨环境下安全运行,结合EULER-LAGRANGE方法和计算多体动力学方法,系统地研究风雨环境下高速列车的气动特性及运行安全特性。基于非球形雨滴,建立高速列车空气动力学计算模型,并验证计算模型的准确性,进而计算强风雨环境下作用于高速列车的气动载荷。建立高速列车车辆系统动力学模型,计算强风雨载荷作用下的高速列车运行安全特性。研究结果表明,在不同风速下,高速列车的侧力、升力、侧滚力矩及摇头力矩均随降雨强度的增加而增大,且与降雨强度近似成线性关系,对于点头力矩,当风速较小时,点头力矩随降雨强度的增加而增大,而当风速较大时,点头力矩随降雨强度的增加而减小。与单纯的强风环境相比,降雨使得高速列车的运行安全特性进一步恶化,在不同风速下,高速列车脱轨系数、轮重减载率、倾覆系数及轮轴横向力均随降雨强度的增加而增大,特别是当风速接近于临界风速时,降雨对高速列车运行安全特性的影响显著。当降雨强度为500 mm/h时,由不同运行安全指标确定的高速列车安全运行的临界风速降低2.3~4.2 m/s。研究结果可为高速列车在风雨环境下的安全限速提供参考。     

连续多桥墩沉降与高速列车动态特性间的定量关系研究

高速铁路桥梁施工及运营过程中难免出现桥墩沉降,可能会导致列车通过时的异常振动.针对高速铁路连续桥墩沉降这一实际问题,探讨多桥墩沉降条件下轨道结构变形过程,并推导连续多桥墩沉降下钢轨变形方程.基于车辆-轨道耦合动力学,建立考虑多桥墩沉降的高速列车-轨道-桥梁动力学模型,并研究连续多桥墩沉降下高速列车的动态特性,探明列车动态特性变化情况与多桥墩沉降量之间的定量数学关系式.研究表明,连续多桥墩沉降会增大列车的振动;连续多桥墩沉降引起的钢轨附加变形对里程的二阶导数与车辆动态特性之间存在线性关系,该关系可用于简化传统车轨桥研究中的相关计算过程;基于列车运行安全平稳性指标,桥墩不均匀沉降应控制在26.3 mm以内,表明我国高速铁路中5 mm的桥墩沉降标准具有较高的安全余量.     

高速动车组转向架钢弹簧疲劳寿命仿真分析

铁路列车转向架螺旋弹簧是列车的关键部件之一,它主要起承载及减振作用,是保证列车正常运行、避免发生灾难性事故的重要配件。弹簧由于承受交变应力作用,主要失效形式是疲劳破坏。因此分析研究弹簧疲劳寿命影响因素,对预测弹簧疲劳寿命以及提高列车运行安全系数十分重要。根据螺旋弹簧在运行过程中的磨耗特性,对不同初始缺陷弹簧进行寿命仿真,获取弹簧寿命变化规律,最后通过验证仿真试验分析其正确性。     

多体动力学仿真数据驱动的列车运行可视化

针对传统多体动力学软件无法直观体现出列车真实运行环境,而目前主流的列车虚拟运行仿真系统又无法实现对列车运行平稳性评估的现状,提出了一种多体动力学仿真数据驱动的列车运行可视化方法。采用三维GIS技术,实现了不同线路环境下列车运行三维场景高精度模型的构建。使用多体动力学软件SIMPACK对列车在不同速度和不同轨道谱下的运行进行动力学仿真,并基于仿真后处理数据建立了最小二乘线性回归模型,预测出列车在不同运行状态下的垂向平稳性指标值。借助三维可视化引擎UNIGINE,实现了以列车运行的多体动力学仿真数据来驱动列车模型运动的三维可视化。     

随机风环境下高速列车运行安全评估研究

研究随机风环境下高速列车的气动特性及运行安全特性,提出一种随机风环境下高速列车运行安全的评估方法。基于Cooper理论和谐波叠加法建立任意风向角下随车移动点的脉动风速数值模拟方法,推导随机风作用下高速列车非定常气动载荷的计算公式;建立高速列车系统动力学模型,研究非定常气动载荷作用下高速列车的运行安全特性,获得随机风环境下高速列车安全运行的平均特征风速曲线及其置信区间。计算结果表明,在随机风环境下,高速列车的非定常气动载荷及轮重减载率具有随机特性,且近似服从正态分布;风向角越接近于90°,非定常气动载荷及轮重减载率的波动幅值越大;在相同的风向角下,MCWC随着列车速度的增加而减小;在相同的车速下,不同风向角下的MCWC由小到大的排序为90°、60°、120°、30°、150°。     

典型路基结构对高速列车横风气动特性影响分析

由于地域及环境的限制,高速铁路采用多种路基结构如平直地面、不同高度路堤、高架桥等,当列车运行在路堤及高架桥上时,车体周围的绕流流场比平直地面更加复杂。在强横风的作用下,不同的路基结构上的高速列车横风气动特性存在明显差异,不合理的路基结构将影响列车的横风安全性。同时列车结构复杂,转向架、受电弓等都对列车的流场特性有重要作用,过于简化的短编组列车外形不能够精细反映列车的真实气动特性。为研究典型路基结构对高速列车横风气动特性的影响,以9编组动力集中型高速列车实车为研究对象,考虑风挡、转向架、受电弓等细节特征,对列车运行速度为200 km/h,横风速度分别为20 m/s、30 m/s、35 m/s、40 m/s,路基结构分别为平直地面、3 m路堤、6 m路堤、高架桥等四种场景下的高速列车空气动力学性能进行了仿真计算和对比,分析了不同路基地面条件下列车的横风气动特性的差异及规律,为横风条件下复杂路基结构的列车运行安全控制提供了参考。