摘要：长期以来,车辆和轨道一直被分离成两个相对独立的子系统加以研究,形成了经典的车辆动力学、轨道动力学理论体系.现代铁路客运高速化、货运重载化,导致日益突出的车辆与轨道动态相互作用及其安全问题.因此,需要突破子系统研究框架,从整体大系统角度综合研究车辆-轨道相互作用机制,实现整体系统动力性能最优设计.车辆-轨道耦合动力学理论体系应运而生,在吸纳车辆动力学、轨道动力学理论成果的基础上,通过建立新型轮轨空间动态耦合模型,将车辆子系统与轨道子系统耦合成一个相互作用的整体大系统.本文概要介绍车辆-轨道耦合动力学理论的形成过程,重点阐述其学术思想、理论模型及其最新发展,在此基础上介绍基于该理论而形成的车辆与线路动态性能最佳匹配设计原理,最后选取若干典型工程案例,介绍该理论在中国铁路大发展中的应用实践情况.

摘要：流冰撞击作用是川藏铁路复杂艰险山区桥梁可能的自然灾害。为了评估动力吸振器(dynamic vibration absorbers,DVA)对流冰撞击作用下桥梁的振动抑制特性和对桥上列车走行性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论和DVA设计方法,建立了考虑流冰撞击荷载影响的列车-轨道-桥梁-DVA动力学模型。研究了DVA对冰击荷载作用下桥梁结构横向振动的抑制效果,并分析了其对桥上列车走行性的影响。结果表明:在桥梁墩顶附加DVA后,能有效抑制冰击荷载作用下桥梁结构的横向振动,且列车过桥时的车体横向振动加速度、横向轮轨力、脱轨系数和轮重减载率等动力学指标均明显减小;当行车速度增大到200 km/h时,DVA对车辆动力学响应依然有较好的减振效果;保持行车速度不变,增大DVA的质量比,车辆动力学响应的减振率均增大。试验表明,桥上安装DVA对铁路桥梁抵抗流冰撞击和桥上列车的走行性均有利。

摘要：牵引/制动载荷和轮轨黏着条件对轮轨系统动态相互作用影响显著,尤其是轮轨切向作用。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立地铁车辆-板式轨道空间耦合动力学模型;由于轮轨接触斑形状以及接触应力分布实际上呈明显的非赫兹特性,因此建立考虑轮对摇头角的轮轨非赫兹法向接触模型以及相应的轮轨非赫兹蠕滑模型,并用于耦合动力学的轮轨动态相互作用计算中。基于所建立的动力学仿真模型,系统分析牵引/制动载荷以及复杂的轮轨界面黏着条件对轮轨系统动态相互作用的影响。结果表明,牵引/制动载荷和轮轨黏着条件对轮轨切向接触应力及黏-滑区域分布影响显著,在干燥接触条件下,随着牵引/制动载荷的增大轮轨切向应力幅值增大,黏着区域减小,而当牵引/制动载荷较高且轮轨黏着水平较低时,接触斑内表现为全滑动状态。研究结果可为车轮/钢轨异常磨损和型面优化设计进一步研究提供理论基础。

摘要：发展高速铁路是铁路现代化的必然趋势，也是我国旅客运输走出困境的重大决策。高速行车将强化轮轨间的动态相互作用，对行车安全及轮轨系统寿命产生严重影响。为此，本文基于车辆一轨道耦合动力学理论研究结果，提出了高速铁道机车车辆设计的三条原则和高速铁路轨道结构设计的四项措施，从而确保高速铁路轮轨系统具有总体最优动力性能。

摘要：为了高效选取轨道不平顺随机样本,以满足车辆-轨道系统随机动力与可靠度分析中的激振源遍历性要求,依据轨道随机不平顺的弱平稳与谱相似特征,提出了一种轨道不平顺概率模型;采用离散概率积分和统计方法,在时域中将大量轨道不平顺检测信号分成若干个时程序列,对每个序列采用谱分析法计算其统计功率谱密度分布;采用矩阵法对轨道不平顺功率谱密度函数进行集合表征,视每条谱线在不同频率点的功率谱密度概率具有累加性,采用单一频率下的功率谱密度概率分布推知整条谱线的出现概率;采用通用随机模拟方法选取代表性轨道谱,并反演随机不平顺序列;实测了某高速铁路约269km的轨道高低和方向不平顺,基于车辆-轨道耦合动力学理论,从轨道不平顺模拟幅值与车辆-轨道系统动力响应的概率密度分布出发,对比了轨道不平顺概率模型与轨道不平顺随机模型的计算结果,以验证轨道不平顺概率模型的正确性和高效性。计算结果表明:以2种模型生成的轨道随机不平顺为激振源,获得的车辆-轨道系统动力响应分布熵差异小于2%,2种模型均能准确表达不平顺激扰特性;为保证模拟与实测不平顺的概率密度分布一致,采用随机模型和概率模型分别需要生成131和33个随机样本,概率模型具有更高的分析效率;在给定计算工况下,轮轨力和车体加速度的幅值分别为38~152kN和-0.042g^0.043g(g为重力加速度),均未超过《高速铁路设计规范》(TB 10621—2014)中的限值(轮轨力为170kN,车体加速度为0.25g),表明此高速铁路轨道不平顺状态较优,行车安全性和舒适性可以得到保证。

摘要：为分析土路基上板式轨道结构的受力,建立了有限元分析模型,从应力极值的角度研究了底座尺寸效应.结果表明,底座厚度减小使底座各向应力略微增大,降低基床最大压应力,但对轨道板受力影响很小;底座宽度增加使基床最大压应力明显降低,但对轨道板和底座受力影响甚微.

摘要：为了获得低速磁浮车辆导向设计的基本参数和设计原则,开展了磁铁模块导向性能的静态分析与动态仿真研究。对不同导向方式下磁铁模块导向力、导向刚度以及垂向和横向力耦合度的大小进行比对分析,结果表明:在被动导向方式下采用磁铁横向对中布置和在主动导向方式下采用磁铁横向错位布置可以得到良好的车辆导向性能,而且后者更优;横向位移及其速度反馈主动导向可显著增加导向力和导向刚度,极大地改善模块动态导向性能,基本实现模块垂向和横向力解耦。建议低速磁浮车辆采用磁铁横向错位布置和横向位移与速度反馈主动导向方式。

摘要：研究目的:为提高高墩桥梁的抗震性能,利用梁体具有大质量的属性,提出一种动力吸振型高墩桥梁结构,基于扩展定点理论、有限单元法和列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,对3种墩高的高墩桥梁在4条实测汶川地震波作用下的抗震特性及列车过桥安全性进行分析。研究结论:(1)相对于常规型桥梁,动力吸振型桥梁不仅可以有效抑制地震作用下不同高度桥梁在设计固有频率处的墩顶横向位移和加速度,对梁体的横向振动也有一定程度的抑制作用;(2)动力吸振型桥梁墩体应力最大值较常规型桥梁有很大幅度的降低,即便是计算工况中最小的减震率,也达到了43.57%;(3)由于抑制了作为列车运行基础的梁体横向振动,列车通过动力吸振型桥梁时的脱轨系数和轮重减载率均低于通过常规型桥梁时的指标,过桥安全性也得到提高;(4)本研究成果可为高墩简支梁桥抗震设计提供理论支撑。

摘要：桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统的动力学特性具有重要的影响,直接关系到桥上列车的行车安全性和运行平稳性。基于列车—轨道—桥梁动力相互作用理论,以高速铁路常用的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,采用列车—轨道—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM2.0,研究桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力性能的影响规律。结果表明:当桥梁梁体的刚度或者桥墩的横向刚度不足时,车辆和桥梁的相关动力性能指标将随着刚度的减少而急剧增大,严重影响列车过桥时的安全性和平稳性;当梁体垂向刚度不足时,有可能会引发车桥共振现象;当桥梁结构刚度满足设计规范要求时,车桥系统动力响应指标随刚度变化不明显,此时行车速度和轨道不平顺成为影响行车安全性和平稳性的主要因素。

摘要：论述了高性能机车转向架研发理念,并提出了从结构设计、参数优化、动力学性能预测三方面开发高性能机车转向架的具体措施。以200 km/h交流传动电力机车转向架的研发为例,介绍了高性能机车转向架设计理念的具体应用情况及实际效果。