列车—桥梁时变系统振动能量随机分析方法

本文提出了车－桥时变系统振动能量随机分析方法，把受多种随机因素影响的系统随机振动转化为系统振动能量随机分析，参考人工地震波，建立车辆构架人工蛇行波，以此人工波为激振源，算出车－桥时变系统具有要求概率水平的振动响应。     

再论列车脱轨能量随机分析

本文论述了国内外脱轨计算中的根本问题，车辆与轨道振动方程解的唯一性无保证，采用的激振源未包括所有引起车轨系统横向振动因素的作用，车轨系统随机振动的计算问题未解决；以轮轨相互作用力的计算为脱轨分析的突破口不恰当，现行规范规定的脱轨系数Q／P及轮重减载率△P／P际值，不能反映实际列车Q／P及△P／P的随机量大值，不能保证实际列车可能产生的最大Q／P及△P／P不超过规范限值，另外，本文继文献[1]进一步论述了列车脱轨能量随机分析的理论与实践，再次作了实例脱轨分析，与实践结果吻合，提出了预防列车脱轨措施及车轨系统抗脱轨安全系数N的计算方法。     

桥上列车脱轨的力学机理、能量随机分析理论及其应用

总结了国内外现有桥上列车脱轨研究中的主要问题。基于物理概念，提出了桥上列车脱轨的力学机理，进一步提出了桥上列车脱轨能量随机分析理论，其主要内容包括：列车脱轨几何准则；能反映轮轨接触状态及相对位移的列车桥梁时变系统空间振动方程组的建立；此系统横向振动激振源的确定；此系统随机横向振动的计算方法；评判列车是否脱轨的能量增量准则。计算了6个桥上列车是否脱轨实例，计算结果均与实际符合，证明这个理论有一定正确性。     

列车-桥梁时变系统的横向振动分析

本文将列车-桥梁视为一整体振动系统,其振动特性随列车过桥时间变化。由势能驻值原理及形成结构矩阵的“对号入座”法则,导出此系统横向振动的矩阵方程。以车辆构架在桥上的实测蛇行波和车辆轮对在线路上的实测蛇行波为激振源,算出了列车分别以33、49、55、73、90km/h速度通过48m、648m、66m、72m、80m、92.96m、144m、192m单线简支钢桁梁桥时的车桥系统横向振动响应时程曲线,与实测比较接近。在此基础上,又算出了上述各跨桥梁的容许极限宽跨比、桥上列车横向摇摆力及其他结果,均与我国及美国、日本、英国等国《桥规》的规定值接近。     

再论构架蛇行波行为车轨（桥）时变系统横向振动激振源的合理性

车轨（桥）时变系统横向振动计算中的一个关键是此系统横向振动激振源的确定。迄今为止，国内外研究大多以轨道横向不平顺为此系统横向振动的激振源，但是引起此系统横向振动的因素很多，诸如轨道横向不平顺、车轮踏面锥度、轮轨缺陷及制造误差、车辆质量及其载重的偏心。仅考虑轨道横向不平顺，显然忽视了其他很多因素的作用，而这些因素的作用无法包含在轨道不平顺中，15年前，曾庆元院士就提出了以构架蛇行波作为车轨（桥）时变系统横向振动激振源的思想。本文再次从数学、力学角度对此思想进行了论证，并结合大量详实的经试验验证了的计算结果及近年来作者在车振实测及列车脱轨研究方面所积累的一些印证材料，充分说明了此思想的合理性及正确性。     

再论构架蛇行波作为车轨(桥)时变系统横向振动激振源的合理性

车轨(桥)时变系统横向振动计算中的一个关键是此系统横向振动激振源的确定.迄今为止,国内外研究大多以轨道横向不平顺为此系统横向振动的激振源.但是引起此系统横向振动的因素很多,诸如轨道横向不平顺、车轮踏面锥度、轮轨缺陷及制造误差、车辆质量及其载重的偏心.仅考虑轨道横向不平顺,显然忽视了其他很多因素的作用,而这些因素的作用无法包含在轨道不平顺中.15年前,曾庆元院士就提出了以构架蛇行波作为车轨(桥)时变系统横向振动激振源的思想.本文再次从数学、力学角度对此思想进行了论证,并结合大量详实的经试验验证了的计算结果及近年来作者在车振实测及列车脱轨研究方面所积累的一些印证材料,充分说明了此思想的合理性及正确性.     

桥上列车脱轨计算分析

在列车桥梁振动分析的计算模型基础上,进一步考虑了轮对与钢轨之间的相对位移大于游间时,轮缘爬上钢轨的接触状态,从而建立了桥上列车脱轨分析的计算模型。基于列车脱轨分析的能量随机分析理论,采用车桥系统输入能量增量与此系统抗力作功增量比较的能量增量准则,对老滦河桥下行线上列车脱轨实例和上行线上列车不脱轨实例进行了计算分析。分析结果与实际情况一致。     

轻重车辆混编对列车脱轨安全性的影响分析

应用列车－轨道时变系统空间振动随机分析理论，详细计算分析了不同的轻重车辆混编对脱轨系数及轮重减载率的影响，尝试用改善轻重车辆编组的方法提高列车脱轨安全性的可行性。     

列车通过抢修高墩横向振动随机分析

将列车－梁－钢塔墩视为一整体振动系统，采用随机振动理论，首先用计算机模拟了货物列车通过天生桥钢塔架高墩（高４３ｍ）全过程，然后从理论上分析了该墩横向振动特性，结果与现场实测吻合较好，由此，讨论了高达９０ｍ钢塔架墩横向振动及振幅，研究结果表明，抢修钢呆高墩横向刚度较一般桥墩小，但货物列车限速通过时，仍能保持车轮不脱轨，其运行平稳性良好。     

基于虚拟激励法的车桥系统车速影响分析

本文基于虚拟激励法提出列车-桥梁耦合系统的非平稳随机振动分析的新方法,并借此重点分析车速对系统随机振动的影响。列车每节车辆考虑27个自由度,桥梁模型采用空间Euler梁单元,轨道不平顺假设为多点异相位平稳随机激励。根据时变系统的虚拟激励法,推导得到方向、高低和水平三类轨道不平顺作用下车桥系统响应的时变功率谱及标准差,并采用精细积分法进行迭代计算,最后以高斯型随机变量的三倍标准差为误差范围给出系统响应最大值估计。在数值算例中,用时间历程法验证本文方法的正确性和有效性,并重点讨论列车速度的影响。     

列车脱轨分析理论与控制脱轨的桥梁横向刚度限值研究

针对我国既有线部分桥梁横向刚度不足引发列车脱轨的情况,进行列车脱轨机理、列车脱轨分析理论以及铁路桥梁横向刚度限值研究.主要研究内容和结论如下.     

预防列车脱轨措施及抗脱轨安全系数N的计算理论

基于列车脱轨能量随机分析理论,指出预防直线提速货物列车脱轨的根本措施在于一方面要提高列车轨道(或列车桥梁)系统脱轨抗力作功σc,另一方面要降低此系统的输入能量σp,并对此进行了理论分析.同时还提出了预防脱轨的轨道参数改善方法及改善轨道参数后此系统抗脱轨安全系数N的计算方法,以确保直线段提速货物列车的正常运行,不会脱轨.最后还提出了现场行车试验验证方法,以鉴别上述计算理论的可行性.     

列车脱轨机理与脱轨分析理论研究

在分析国内外脱轨研究现状的基础上，总结出脱轨研究中存在如下主要问题。（1）现有预防脱轨标准对实际列车脱轨没有控制作用。（2）不明原因列车脱轨机理不明确。（3）列车脱轨计算存在3个根本问题：①列车-轨道（桥梁）时变系统振动方程组的建立与求解未满足轮轨位移衔接条件；②仅以轨道横向不平顺作为列车-轨道（桥梁）时变系统横向振动的激振源，未考虑根本激振源——轮轨接触状态的影响；③仅以轨道不平顺的随机性和按时不变系统随机振动分析理论，     

基于虚拟激励法的高速列车弹性车体随机振动分析

高速列车车体弹性体随机振动分析在车体动力行为预测中具有核心位置。现基于随机振动虚拟激励法的基本原理,建立了应用商业有限元程序简谐分析功能模块进行车体弹性体随机振动分析的计算方法。数值算例中以某高速列车车体弹性体为例,借助于Ansys谐振响应分析模块进行了车体随机振动仿真,结果表明提出方法的有效性。     

货物列车空车脱轨的原因分析及对策研究

指出了自铁路4次大规模提速以来，货物列车（尤其是空车）较频繁脱轨的问题，分析了其脱轨的特点和原因，提出了应改进的建议。     

车辆参数随机的车桥竖向随机振动分析

车辆参数的随机性对车桥耦合随机振动的影响不可忽略。基于车-桥竖向耦合模型,考虑车辆荷载及一系、二系竖向弹簧刚度与弹簧阻尼的随机性,采用数论选点法对多维随机变量选取离散代表点,并基于正态分布利用Voronoi区域对代表点集进行剖分赋得初始概率;建立概率密度演化随机动力方程,基于MATLAB编制车桥耦合随机振动分析程序;采用newmark-β积分法及带TVD格式的双边差分法计算车桥振动响应均值、标准差及时变概率密度演化分布。结果表明:与随机模拟法相比,概率密度演化法分析车桥随机振动精度更高,计算效率提高1~2个数量级;车辆载重随机荷载是车桥竖向耦合随机响应的主因之一;不可忽略二系竖向弹簧随机刚度及随机阻尼对列车竖向振动的影响;桥梁挠度均值整体随车速先增大后减小,其变异系数受车速的影响。