高速列車橫向運動穩(wěn)定性和動態(tài)脫軌理論分析及評價方法研究.pdf

1、世界高速鐵路的快速發(fā)展對高速列車動力學相關理論的研究提出了新的難題和更高的要求。高速時輪軌相互作用系統(tǒng)間存在的非線性特征表現(xiàn)得比低速時更加明顯，迫切需要針對高速列車橫向運動穩(wěn)定性和動態(tài)脫軌問題進行深入的理論分析。
　　本文以輪軌相互作用為核心，圍繞高速列車橫向運動穩(wěn)定性和脫軌問題，將理論分析和工程應用相結合，在以下幾個方面進行了創(chuàng)新性研究:
　　(1)基于高速列車蛇行失穩(wěn)及脫軌的特點，建立了一套更適用于進行高速列車非線性系統(tǒng)

2、動力學分析的模型，編制了相應的計算機分析程序。通過與商業(yè)軟件及現(xiàn)場實測數據進行對比分析，驗證了所建模型及分析程序的準確性。該模型中的輪軌三維幾何接觸求解算法可準確模擬高速列車失穩(wěn)及脫軌過程中輪緣和踏面同時與鋼軌接觸時接觸點位置的跳躍及輪軌接觸非線性的陡變特性。與商業(yè)軟件相比，在計算速率方面具有較大優(yōu)勢，且提高了計算過程的可控性，在詳細捕捉高速列車脫軌全過程特征量及深入分析沖角對脫軌的影響方面具有優(yōu)勢。
　　(2)針對高速列車蛇行運

3、動穩(wěn)定性關鍵影響因素，開展了輪軌非線性幾何參數與車輛懸掛參數的合理匹配關系研究，給出了輪軌接觸幾何非線性及車輛懸掛非線性因素對高速列車蛇行臨界速度及蛇行運動極限環(huán)的影響規(guī)律。提出了與輪軌幾何非線性參數相匹配的一系縱向定位剛度、抗蛇行減振器節(jié)點剛度及阻尼系數值的取值范圍。
　　(3)針對高速列車在“超臨界”蛇行失穩(wěn)極限環(huán)分岔形式下，轉向架橫向加速度峰值監(jiān)測法無法有效監(jiān)測轉向架小振幅蛇行失穩(wěn)的不足，將理論分析和在線監(jiān)測方法相結合，首次

4、提出了一種基于轉向架橫向振動能量分布特征的高速列車橫向運動穩(wěn)定性評價方法，并通過數值仿真計算，驗證了該方法的合理性和有效性。
　　(4)從非線性系統(tǒng)動力學的角度研究了影響高速列車動態(tài)脫軌過程的關鍵因素及其影響規(guī)律，揭示了高速列車產生脫軌的最不利因素。通過分析高速列車脫軌過程中輪對運動姿態(tài)及輪軌作用力的變化規(guī)律，提出了脫軌過程中的關鍵臨界點和突破該臨界點發(fā)生脫軌所需要具備的條件。從脫軌的動態(tài)特征、力學機理等方面解釋了車輛在低速及高速