作为一种新型城市单轨交通型式,悬挂式单轨交通系统以其爬坡能力强、转弯半径小等诸多优点在我国有广阔的应用前景。悬挂式单轨列车置于底部开口的轨道梁下方行驶,其运行方式、导向原理和轮轨接触关系均不同于传统的铁路列车-轨道-桥梁系统,而且悬挂式单轨线路曲线半径较小,所处地形复杂多异,侧向风作用下桥梁的风致振动及列车的行车安全性问题成为了目前城市单轨交通领域研究的重点和难点。本文围绕风环境下悬挂式单轨列车运行性能及曲线行车安全性等问题,开展了如下研究工作:(1)基于多体动力学理论和悬挂式单轨列车结构特点,充分考虑了橡胶轮胎的侧偏特性和导向轮机理,建立了34个自由度的悬挂式单轨列车动力学模型。根据走行轮胎的压缩变形及导向轮面接触简化模型,研究了悬挂式单轨列车与桥梁间的几何和力学耦合关系,推导了走行系统和导向系统与桥梁结构的相互作用力方程。同时,借鉴公路不平度谱和美国六级不平顺谱对悬挂式单轨线路的轨道不平顺进行了研究。进一步地,基于柔性体耦合方法,利用多体动力学软件建立了列车-双线桥梁系统耦合模型,讨论了车速、轮胎刚度和列车编组等多种因素对双车对开时桥上列车的运行性能和桥梁动力响应进行了综合评价。(2)建立了风-悬挂式单轨列车-桥梁系统的耦合振动分析模型。采用谱解法模拟了悬挂式单轨桥梁的横桥向和竖向脉动风场,通过模拟点脉动风速时程的功率谱函数及相关函数与相应的目标值对比,验证了脉动风时程样本的可靠性。基于固定点风谱获得了作用在悬挂式单轨列车上的脉动风速时程样本,采用CFD数值模拟方法探讨了列车分别位于迎风侧和背风侧轨道梁时风对桥梁和车辆的气动力作用,模拟了作用在桥梁和移动车辆上的静风力和抖振力时程曲线。(3)基于计算流体力学分析方法研究了悬挂式单轨列车在侧风环境下双车交会前后车辆和桥梁气动绕流的变化,探讨了作用在列车上的风荷载发生突变现象的原因,并采用风洞试验测试了双车交会时车辆和桥梁的气动力系数,与计算结果基本吻合,从而间接验证了CFD数值模拟方法的正确性。围绕侧向风作用下双车交会过程对悬挂式单轨列车的行车安全性问题,可以得出以下结论:双车交会过程存在风荷载突变效应,对背风侧车辆的横向振动响应起到控制作用;脉动风的存在极大加剧了迎风侧车辆振动响应;平均风速大小对背风侧车辆的加速度响应影响较大,对桥梁竖向位移影响有限。(4)针对悬挂式单轨曲线线路,探讨了缓和曲线长度和曲线超高等线路参数的设计,建立了曲线桥梁结构。基于曲线桥梁的局部坐标系和整体坐标系的变换关系,实现了悬挂式单轨列车-曲线桥梁系统的耦合振动分析,研究了不同超高、车速、预导向力、曲线半径等因素对车桥耦合振动性能的影响。研究结果表明:悬挂式单轨列车通过曲线桥梁时,车体前转向架所受的摇头力矩方向与沿桥梁行驶转动方向一致,后转向架形成与前转向架相反的摇头力矩,以实现列车良好的通过曲线桥梁段;车辆限界的设置不用考虑曲线超高的影响;车速是影响悬挂式单轨车辆通过曲线桥梁行车安全性的一个重要因素;需要设置合理的预导向力大小;随着曲线半径越大,车辆的曲线通过能力越好。(5)针对小曲率半径桥梁,基于斜风分解法,研究探讨了考虑曲线桥梁和车辆与来流风向存在风偏角下的风-车-曲线桥梁系统耦合振动问题,分析了不同来流风向、曲线超高、车速和脉动风等因素对曲线桥梁及车辆动力响应的影响。