基于模糊物元的强风作用下高速列车运行安全平稳性研究

作     者：王熙文 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：祁文哲;畅爱东

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：强风作用 高速列车 模糊物元 安全性指标 平稳性指标 

摘      要：随着铁路技术在世界范围内迅速发展。我国高速铁路的高速列车数量愈来愈多,运行速度愈来愈快,高速列车与风之间的相互作用也愈加明显,列车空气动力学与列车运行安全平稳性也得到了更多的关注。我国幅员辽阔,地大物博,铁路运营环境极其复杂,强风是严重威胁列车运行安全的主要因素之一,强风的作用会恶化列车的空气动力学性能。因此,研究强风作用下高速列车运行安全平稳性对保证铁路交通的正常运行具有十分重要的意义。本文针对平均风和脉动风的角度进行定量分析高速列车与风场相互作用的关系,引入Kármán理论和Davenport相干函数通过谐波合成法与快速傅里叶变换进行分析建立脉动风荷载模型。采用强风作用下的高速列车非定常气动载荷的计算公式,经计算得到相同风速状态下不同车速下横向阻力风荷载都大于垂向升力风荷载。当车速由120 km/h增至200 km/h时,阻力载荷发生的波动明显变大,升力载荷的变化不明显。说明横向强风对于高速列车的危害尤为明显。针对高速列车在强风作用下运行,引入SIMPACK多体动力学软件建立了高速列车车辆系统动力学模型,得到了包含42个自由度的单节拖车模型。并对该模型施加载荷激励,计算高速列车在不同车速和不同强风作用下的安全性和平稳性指标。考虑到高速列车动力学评价指标众多,在众多数据中筛选出具有实际用途的信息尤为重要。采用我国《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》(GB/T 5599-2019),选择了脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力以及Sperling平稳性指标作为决策支持的目标。仿真结果表明,所建立的模型在风速增大的同时安全性指标和平稳性指标也随之增大,符合实际的列车运行规律。考虑到高速列车运行安全平稳性指标量受到多方面复杂因素的影响,构建模糊物元模型,采用模糊物元隶属度、模糊物元关联度计算,采用评价体系构建以及指标熵权确立,并进行算例验证得到了一个更加系统全面的评价贴进度。证明了该模型在研究强风下高速列车运行安全平稳性方面表现出了突出的优势。