考慮輪軌非線性的列車-橋樑空間隨機振動

《考慮輪軌非線性的列車-橋樑空間隨機振動》是依託西南交通大學，由晉智斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：考慮輪軌非線性的列車-橋樑空間隨機振動
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：晉智斌
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

研究用統計線性化方法解決軌道隨機不平順激勵下的列車-橋樑耦合非線性隨機振動問題。考慮輪軌幾何非線性和蠕滑力非線性關係，通過隨機模擬法弄清車-橋系統隨機回響的機率分布。為考慮輪對在橋上隨機蛇行運動，研究車-橋系統中輪軌非線性關係的統計線性化方法；為提高大系統中局部非線性關係線性化的計算效率，研究分項線性化方法；為避免時變系統統計線性化在各步長處都進行線性化疊代計算，研究一種顯式統計線性化方法。為提高線性化後車-橋時變系統隨機振動的求解效率，研究基於隨機激勵方差函式的最優正交展開方法的多自由度線性系統隨機振動算法。最後套用上述方法，考察輪對在橋上的隨機蛇行幅值、相位關係，考察橋上輪軌橫向合力的統計特徵，得出乘坐舒適性指標和脫軌係數、減載率等車-橋系統重要回響的統計特徵。

結題摘要

本項目以我國高速鐵路建設中遇到的列車-橋樑振動問題為研究背景，同時考慮輪軌接觸的非線性關係，已經軌道不平順輸入的隨機性，研究此時變非線性系統的隨機振動問題。主要採用統計線性化方法研究車-橋非線性隨機振動問題。首先，通過數值模擬得出了輪軌相對位移的機率分布：在設計車速範圍內運行時，服從高斯分布，列車車速接近臨界車速時，不再服從常態分配。說明在設計車速範圍內，車-橋非線性系統的非線性振動可以採用高斯分布假設的統計線性化方法處理。其次，建立了一種高效的車-橋非線性振動分析模型。該模型的高效性從兩個方面取得：（1）採用了簡化的輪軌非線性模型，（2）用模態疊加法處理橋樑振動。該非線性模型與詳細模型進行的對比表說明其具有良好精度，但計算效率比詳細模型高50倍。最後對此高效非線性模型進行統計線性化，用虛擬激勵法求解線性化系統的隨機振動。證明了輪軌為“鏈式”非線性關係，可以用基於單元的“分項”線性化方法，大大簡化的線性化方程的推導。其次，觀察到車-橋系統的方差回響是慢變隨機過程，提出了一種“顯式”統計線性化方法，避免了統計線性化中的疊代運算。根據上述理論編制了車-橋非線性隨機振動分析程式，實例表面該程式的計算效率和精度均能滿足工程實用的要求。該研究成果將車-橋耦合振動分析提高到了非線性隨機分析的目的，為基於動力可靠度的車-橋動力設計提供了實用工具。