高速列車耦合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論及其實(shí)踐

張衛(wèi)華西南交通大學(xué)TPL牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高速列車耦合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

理論及其實(shí)踐2報(bào)告內(nèi)容理論建模

工程實(shí)踐

研究背景3研究背景動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性舒適性可靠性安全性高速列車的核心是轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架核心是動(dòng)力學(xué)4研究背景復(fù)雜性——尺度效應(yīng)：幾十毫米幾百上千米

——時(shí)間效應(yīng)：25～30年的服役周期

——空間效應(yīng)

：穿行幾千公里5輪軌非線性幾何關(guān)系輪軌接觸非線性蠕滑力懸掛系統(tǒng)的非線性特性車輛系統(tǒng)的非線性因素研究背景外部激擾的隨機(jī)性因素線路不平順的隨機(jī)激擾地震、風(fēng)載等外部擾動(dòng)6報(bào)告內(nèi)容理論建模

工程實(shí)踐

研究背景7理論建模車間耦合關(guān)系輪軌耦合關(guān)系弓網(wǎng)耦合關(guān)系流固耦合關(guān)系機(jī)電耦合關(guān)系環(huán)境耦合關(guān)系系統(tǒng)性8理論建模高速列車耦合大系統(tǒng)服役仿真耦合作用服役過(guò)程列車行為

高速動(dòng)車組動(dòng)態(tài)響應(yīng)

接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)

線橋隧動(dòng)態(tài)響應(yīng)

空氣流場(chǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)

牽引供電系統(tǒng)響應(yīng)

輪軌耦合關(guān)系弓網(wǎng)耦合關(guān)系

流固耦合關(guān)系

機(jī)電耦合關(guān)系

首次9理論建模高速列車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型框架

10理論建模仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)——子結(jié)構(gòu)方法氣流供電站接觸網(wǎng)受電弓車輛牽引傳動(dòng)鋼軌軌道板橋梁理論建模高速列車耦合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)1112理論建模機(jī)車車輛軌道系統(tǒng)弓網(wǎng)系統(tǒng)氣流環(huán)境服役動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)變參數(shù)計(jì)算模型穩(wěn)定性傳動(dòng)系統(tǒng)供電系統(tǒng)軌道譜不平順平穩(wěn)性安全性系統(tǒng)建模系統(tǒng)輸入服役仿真計(jì)算服役響應(yīng)可靠性仿真計(jì)算結(jié)構(gòu)失效模型材料失效模型服役模擬13報(bào)告內(nèi)容理論建模

工程實(shí)踐

研究背景14報(bào)告內(nèi)容高速列車頂層技術(shù)參數(shù)高速列車內(nèi)部接口技術(shù)

高速列車外部接口技術(shù)153.高速列車外部接口技術(shù)高速列車耦合大系統(tǒng)輪軌耦合關(guān)系弓網(wǎng)耦合關(guān)系流固耦合關(guān)系機(jī)電耦合關(guān)系163.高速列車外部接口技術(shù)輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件線路平縱斷面適應(yīng)性分析線路不平順適應(yīng)性分析車輪和鋼軌及線路缺陷（沉降）適應(yīng)性分析線路剛度匹配和適應(yīng)性分析弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系車電耦合關(guān)系環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件橫風(fēng)安全性溫度環(huán)境雨雪環(huán)境電磁環(huán)境噪聲173.高速列車外部接口技術(shù)輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件（1）線路平縱斷面適應(yīng)性分析曲線半徑大小緩和曲線長(zhǎng)度

183.高速列車外部接口技術(shù)輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件（1）線路平縱斷面適應(yīng)性分析縱斷面變坡點(diǎn)設(shè)計(jì)19速度：250km/h——應(yīng)嚴(yán)格控制1～2.5m波長(zhǎng)范圍的線路不平順?lè)邓俣龋?00km/h——應(yīng)嚴(yán)格控制1～3m波長(zhǎng)范圍的線路不平順?lè)?～45m2.5～45m1～2.5m3.高速列車外部接口技術(shù)輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件（2）線路不平順適應(yīng)性分析20三角坑的幅值（波長(zhǎng)12.5m）

<15.7mm單一的高低諧波不平順（波長(zhǎng)10m）半峰值<12.2mm單一的水平諧波不平順（波長(zhǎng)12.5m）半峰值<11.7mm3.高速列車外部接口技術(shù)輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件（2）線路不平順適應(yīng)性分析（250km/h)21高速客運(yùn)專線無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)軌下基礎(chǔ)的合理剛度范圍應(yīng)該在20~30kN/mm3.高速列車外部接口技術(shù)輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件（3）無(wú)砟軌道的合理剛度22軌道剛度過(guò)渡段動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)：軌下基礎(chǔ)剛度差引起的鋼軌撓度變化率應(yīng)控制在0.3mm/m以下3.高速列車外部接口技術(shù)輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件（4）軌道過(guò)渡段合理剛度23路基的不均勻沉降幅值限制L/1000在以下以下

3.高速列車外部接口技術(shù)輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件（5）路基的不均勻沉降243.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系車電耦合關(guān)系弓網(wǎng)動(dòng)力學(xué)性能弓網(wǎng)材料匹配弓網(wǎng)電氣性能弓網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能模擬試驗(yàn)臺(tái)弓網(wǎng)電接觸特性試驗(yàn)臺(tái)弓網(wǎng)載流摩擦磨損機(jī)理試驗(yàn)臺(tái)弓網(wǎng)動(dòng)力學(xué)性能253.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系263.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系高速化350380km/h長(zhǎng)大編組提高運(yùn)能雙弓受流保證電力RearpantographSpace

FrontpantographCatenary雙弓受流問(wèn)題273.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系接觸網(wǎng)波動(dòng)283.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系波速利用率0.6~0.7530kN，>0.7293.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系

弓網(wǎng)基本參數(shù)張力；吊弦布置；跨距；懸掛形式；材質(zhì)及截面形式等雙弓間距、弓頭懸掛剛度、質(zhì)量、阻尼；靜態(tài)抬升力等接觸網(wǎng)系統(tǒng)改造受電弓參數(shù)改造京津城際接觸網(wǎng)TSG19受電弓弓網(wǎng)優(yōu)化303.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系雙弓間距弓間距并非越大越好弓間距250m弓間距300m31RearpantographSpace

FrontpantographCatenary雙弓間距√周期性3.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系323.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系前弓后方Lg處的受電弓波形前弓后方Lb處的受電弓波形接觸點(diǎn)處接觸線波形YX

受電弓滑行接觸線振動(dòng)波峰位置波谷位置不利間距最佳間距弓位于接觸線振動(dòng)波的位置?雙弓間距波動(dòng)相位協(xié)調(diào)333.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系不利弓間距有利弓間距T1T1雙弓間距343.高速列車外部接口技術(shù)弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系最佳雙弓間距速度(km.h-1)最佳雙弓間距/mK=1K=2K=327094.33157.22220.11300104.82174.70244.57330115.30192.16269.03350122.29203.81285.33353.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件橫風(fēng)安全性溫度環(huán)境雨雪環(huán)境電磁環(huán)境噪聲環(huán)境363.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件橫風(fēng)安全性頭車、中間車、發(fā)生不同程度的姿態(tài)變化，車間連接處出現(xiàn)錯(cuò)位，此處出現(xiàn)較大的壓力梯度?？紤]姿態(tài)變化373.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件橫風(fēng)安全性姿態(tài)變化對(duì)氣動(dòng)力的影響383.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件橫風(fēng)安全性列車運(yùn)行速度＜300km/h時(shí)，頭車輪對(duì)逆風(fēng)向偏移。頭車第一輪對(duì)流固耦合仿真風(fēng)向393.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件橫風(fēng)安全性列車運(yùn)行安全域傾覆系數(shù)聯(lián)合評(píng)價(jià)安全域403.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件橫風(fēng)安全性413.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件——會(huì)車車體振動(dòng)分析

頭車中間車尾車頭車＞尾車＞中間車423.高速列車外部接口技術(shù)通過(guò)仿真計(jì)算發(fā)現(xiàn)，交會(huì)時(shí)，可使車體的橫向加速度增加2-5倍,嚴(yán)重時(shí)可增加10倍。環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件——會(huì)車車體振動(dòng)分析433.高速列車外部接口技術(shù)頭車、中間車和尾車的脫軌系數(shù)分別增加42.15%，37.40%和47.06%頭車中間車尾車不考慮空氣動(dòng)力學(xué)0.1210.1230.119考慮空氣動(dòng)力學(xué)0.1720.1690.175環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件——會(huì)車車體振動(dòng)分析會(huì)車脫軌安全性分析443.高速列車外部接口技術(shù)50mm70mm環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件——站臺(tái)通過(guò)振動(dòng)分析氣動(dòng)吸進(jìn)18mm453.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件橫風(fēng)安全性頭型和轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)463.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件橫風(fēng)安全性溫度環(huán)境雨雪環(huán)境電磁環(huán)境噪聲環(huán)境473.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件噪聲

歐盟高速鐵路噪聲輻射限值/dB適用范圍運(yùn)營(yíng)速度/(km/h)250300320新設(shè)計(jì)889293既有設(shè)計(jì)909394建議值868990UIC規(guī)定的高速鐵道車輛車內(nèi)噪聲限值最高運(yùn)行速度/km·h-1明線區(qū)間運(yùn)行/dB隧道內(nèi)運(yùn)行/dB客室中央通過(guò)臺(tái)風(fēng)擋客室中央通過(guò)臺(tái)風(fēng)擋300688082758587250657580738285靜止556060---483.高速列車外部接口技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件噪聲493.高速列車外部接口技術(shù)運(yùn)行速度:350km/h50~10kHz全頻段小大車間端門車頭端門車內(nèi)過(guò)道球形陣列位置：中間車客室轉(zhuǎn)向架上方到站顯示裝置安裝位置門縫泄露聲輪軌結(jié)構(gòu)傳遞聲輔助設(shè)備噪聲透射聲503.高速列車外部接口技術(shù)

環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件噪聲高速鐵路車外噪聲譜特性高速列車聲源識(shí)別513.高速列車外部接口技術(shù)

環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件噪聲523.高速列車外部接口技術(shù)

環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件噪聲533.高速列車外部