车辆-轨道系统动力极值预测及可靠度计算

作     者：徐磊 朱雪燕 金浩然 刘鹏飞 闫斌 余志武 XU Lei;ZHU Xueyan;JIN Haoran;LIU Pengfei;YAN Bin;YU Zhiwu

作者机构：中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室湖南长沙410075 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年第21卷第6期

页      面：2142-2150页

核心收录：

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室开放课题(KF2022-09) 河北省省级科技计划资助(215676145H) 国家自然科学基金资助项目(52378468,52008404,U1934217) 中国中铁重大专项(2020-Special-02,2021-Major-02,2021-Special-08) 中南大学创新驱动计划项目(2023CXQD072) 中国科学青年人才托举工程项目(2020-2022QNRC002) 湖南省自然科学基金资助项目(2021JJ30850,2022JJ20070) 

主　　题：车辆-轨道耦合动力学 随机不平顺 动力极值 可靠度评估 概率模型 

摘      要：为从车辆-轨道系统的动力极值预测及其可靠度计算角度分析车辆系统行车安全、衡量系统可靠程度,基于车辆-轨道耦合动力学及概率理论,提出一种车轨系统动力极值预测及可靠度评估方法。首先,基于轨道不平顺概率模型,采用轨道不平顺累计概率谱确定具有不同激振能量的随机不平顺序列;依据离散Parseval定理,建立轨道不平顺时域序列和功率谱间的对应关系;将轨道不平顺概率模型与车辆-轨道耦合动力学模型相结合,从随机动力计算中提取车辆-轨道的动力极值及可靠度信息;随后利用车辆-轨道耦合动力模型及二维插值算子,根据谱线能量关系实现动力极值预测;此外,基于此系统激励输入与响应输出间的概率等效性,导出了动力极值的可靠度计算式。以实测的轨道不平顺和车体加速度数据及4种类型不平顺在不同累计概率下的谱组合计算得出的轮轨横向力和钢轨垂向位移的计算结果为样本,与预测结果进行对比。研究结果表明:计算时程的分布趋势基本与实测时程一致,动力极值预测结果与实际的动力计算结果较为接近。由于轨道不平顺随机性的存在使得车辆-轨道系统的动力响应存在随机离散及方差特征,但通过轨道不平顺的幅频及能量特性预测车辆-轨道系统的动力极值的方法是较为可行的。