高速列车地震安全性及平稳性分析

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 2次 | 上传用户:hxs038
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我国高速铁路发展迅速,与此同时,我国又是地震多发国家,高速铁路跨越了多条地震带,研究地震作用下的车-轨(桥)耦合振动是非常有必要的。本文依托国家重点研发计划课题“重大工程安全运行地震风险评估关键技术”(2017YFC1500801)和国家重点研发计划课题“重大工程地震灾情推演与紧急处置平台”(2017YFC1500806)两个专项,总结了车-轨(桥)耦合振动理论和分析方法,基于结构动力学原理建立了轨道以及车辆之间的动力学方程,通过MATLAB编制计算程序,进行高速列车地震响应分析;同时,利用SIMPACK建立精细化的机车模型,将MATLAB与SIMPACK的计算结果进行比较以验证MATLAB程序的正确性。之后,利用MATLAB程序进行不同地震作用下的列车安全性及平稳性分析;研究地震动强度、地震动频谱特性及车速对高速列车的动力响应的影响。论文主要完成以下工作:1)归纳整理了车-轨(桥)耦合系统的国内外发展状况;简要总结了地震作用下的车-轨(桥)动力相互作用发展动态,以及列车、轨道(桥梁)的建模方法和地震作用下的车-轨(桥)耦合振动的研究现状。2)详细介绍了车辆动力学方程的建立、轨道模型的建立以及轮轨耦合作用的基本原理,包括求解轮轨相互作用间的蠕滑力、法向力的数学模型。介绍了轨道不平顺的生成方法;归纳总结了评价高速列车运行的安全性指标和平稳性指标,如,脱轨系数、横向力和减载率和车体加速度等。3)通过组建31自由度的车辆动力学平衡方程,考虑轨道形状和轨道不平顺激励,编制MATLAB程序计算评价列车运行的各项指标。与此同时,通过SIMPACK建立精细的列车模型,考虑悬挂系统的非线性进行多体动力学的仿真计算;通过比较两种方法的计算结果,进行了方法、模型正确性的相互验证。4)选取典型地震动,利用验证过的MATLAB程序,系统探究了不同卓越周期、地震动强度以及车速下,列车安全性指标的变化特征。5)选取具有不同频谱特性的地震动,利用验证过的MATLAB程序,在频域范围内,对不同车速以及不同地震动强度下列车的车体振动加速度进行了车体频谱分布的分析。
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