基於動態載荷反演理論的高速列車輪軌力預測

《基於動態載荷反演理論的高速列車輪軌力預測》是依託西南交通大學，由朱濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於動態載荷反演理論的高速列車輪軌力預測
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：朱濤
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

隨著列車運行速度的提高、運營里程的增加，以及線路條件的自然演變，必然導致列車運行環境的惡化，加強對列車運營安全性的監控和評估迫在眉睫。本項目擬開展基於動態規劃理論的動載荷反演理論研究，在理論模型中引入非線性求解模組，解決工程結構中存在的非線性問題；研究正則化方法在反演理論方法中的運用，解決解的不適定問題；最佳化反演理論的求解模式，縮短在求解過程中矩陣變換和存儲的時間；引入和推導新型快速的數值算法，提高反演求解效率，建立一種滿足工程需要的隨機動態載荷預測理論方法。該方法不僅具有較好的逆向穩定性和較強的數學模型可控性，而且具有一定的抗噪聲干擾能力。基於車輛系統動力學理論和載荷反演理論方法，建立高速列車輪軌力隨機振動反演力學模型，對高速運行狀態下車輛的輪軌力進行預測，從剛柔耦合多體動力學仿真、滾動振動台試驗以及線路試驗三個方面對該模型的可靠性進行驗證和修正，為評估列車運行的安全性提供理論支撐。

結題摘要

隨著列車運行速度的提高、運營里程的增加，以及線路條件的自然演變，必然導致列車運行環境的惡化，加強對列車運營安全性的監控和評估迫在眉睫。本項目開展基於動態規劃理論的動載荷反演理論研究，在理論上，考慮研究對象的非線性因素，推導了新的快速算法提高理論模型的計算效率；隨著非線性的引入以及計算規模的擴大，反演結果的不適定性更加突出，研究了適用於理論方法的正則化技術；最終通過反演過程的非疊代和顯式積分算法，解決了載荷反演過程中普遍存在的誤差累積和不適定性對反演結果的影響問題，建立了完整的非疊代非線性載荷反演理論方法，並實現了整個運算過程的程式化。 在方法運用上，表征了高速列車懸掛和輪軌接觸的系統非線性特徵，揭示了理論方法向輪軌力反演轉化過程中的關鍵問題；在高速列車輪軌力預測隨機振動反演力學模型中，適當考慮了車輛中的懸掛非線性、輪軌接觸非線性等，建立了非線性鐵路車輛系統的時間積分算法，通過鐵路車輛系統中的5個典型非線性算例，研究了算法在非線性鐵路車輛系統中的適用範圍；基於以上研究成果，建立了高速列車輪軌力預測隨機振動反演力學模型，通過剛柔耦合動力學仿真、滾動振動台試驗等，對反演模型進行了修正和驗證，在此基礎上，通過複雜力學方程對車輛輪軸垂向力和橫向力的解耦，準確預測了車輛各個車輪的脫軌係數。 在工程運用上，通過隨機振動反演力學模型與方法獲取高速列車輪軌力，在一定程度可以替代傳統的輪軌力測試方法，如測力輪對測試方法、測力軌道測試方法等，測試成本低、安裝方便、使用壽命長，可為高速列車運行安全性的評估提供了決策依據，同時基於反演得到的輪軌力，通過一定的方法還可以得到對應線路的軌道不平順，從而更全面更好地研究機車車輛隨機振動，計算車輛隨機回響、評估車輛振動性能。