[發(fā)明專利]一種地震下高鐵列車行車安全模型試驗(yàn)的分維相似設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811208005.8
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109238757B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉漢云;余志武;國巍;蔣麗忠
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G01M17/08
• 分類號: G01M17/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發(fā)明公開了一種震時(shí)高鐵列車橋上行車安全動態(tài)模型試驗(yàn)的分維相似設(shè)計(jì)方法，其特征在于，考慮到車橋系統(tǒng)為長大跨度結(jié)構(gòu)，且縱向與縱斷面弱耦合的受力特點(diǎn)，提出試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诳v向、縱斷面分別取獨(dú)立幾何相似比的分維相似設(shè)計(jì)方法，并推導(dǎo)了相應(yīng)的相似設(shè)計(jì)公式，從而使得地震作用下高速列車橋上行車安全動態(tài)模型試驗(yàn)?zāi)軌蛟趯?shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)，所述方法能夠動態(tài)復(fù)現(xiàn)原型車輛橋上行車工況，同時(shí)保證整個(gè)試驗(yàn)過程中車橋耦合系統(tǒng)輪軌接觸關(guān)系的真實(shí)性，從而能夠獲得準(zhǔn)確可靠的行車安全試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為地震作用下高鐵列車橋上行車安全相關(guān)研究提供強(qiáng)有力的試驗(yàn)技術(shù)保障。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種列車模擬相似設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種地震下高鐵列車行車安全模型試驗(yàn)的分維相似設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

我國高速鐵路運(yùn)營面臨強(qiáng)地震的潛在危險(xiǎn)。高速鐵路在全球范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展，我國高鐵運(yùn)營里程已穩(wěn)居世界第一，截止目前，“八縱八橫”的高速鐵路網(wǎng)已初具規(guī)模，路網(wǎng)具有等級高、線路密度大、分布廣等特點(diǎn)。同時(shí)，我國位于環(huán)太平洋地震帶，地震活動頻繁，是地震多發(fā)國家。故高鐵線路不可避免的會存在跨越地震帶或沿著地震帶修建等情況，從而導(dǎo)致地震發(fā)生時(shí)高速列車線上運(yùn)行的幾率大大增加，研究地震作用下高鐵列車運(yùn)營的安全性十分必要。世界范圍內(nèi)較為顯著的受地震沖擊的高鐵危險(xiǎn)事件主要是2004年的日本新潟地區(qū)上越新干線脫軌事件，6.8級強(qiáng)震導(dǎo)致8節(jié)車廂脫離軌道，整車報(bào)廢，線路停運(yùn)。目前我國高鐵尚未真正意義上遭遇強(qiáng)地震的沖擊，真實(shí)震害與理論、數(shù)值乃至試驗(yàn)的相互印證存在明顯的缺陷。實(shí)際上，由于地震發(fā)生的不可預(yù)見性和測試的困難，很難規(guī)劃何時(shí)或如何通過實(shí)際震害測到地震下行車的珍貴數(shù)據(jù)。鑒于現(xiàn)場震害的不可預(yù)見性，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)的重要性則凸顯出來，作為理論、數(shù)值研究工作的重要印證和補(bǔ)充，高鐵建造的基本設(shè)施乃至列車的地震下行為需要通過實(shí)驗(yàn)室條件下加以詳細(xì)研究。而由于地震作用時(shí)間長，其持續(xù)時(shí)間往往在10s以上，加之高鐵車輛運(yùn)營速度快，普遍高于250Km/h，此時(shí)需要足夠長的線路結(jié)構(gòu)來支撐車輛運(yùn)行，如果要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，往往需要縮尺比很??；另外一邊，輪軌接觸關(guān)系的復(fù)雜性要求模型縮尺比不能太小，否則可能使得模擬嚴(yán)重失真，兩者相互制約和矛盾。目前相關(guān)的試驗(yàn)方法和設(shè)備系統(tǒng)仍有巨大欠缺，相關(guān)研究嚴(yán)重滯后，具體體現(xiàn)為試驗(yàn)方法的不成熟、全國范圍內(nèi)尚無專門實(shí)現(xiàn)此類試驗(yàn)的設(shè)備系統(tǒng)。因此，研究適用于高速鐵路列車動態(tài)模擬試驗(yàn)的相似設(shè)計(jì)方法意義重大。

基于此，本發(fā)明提出了一種地震下高鐵列車行車安全模型試驗(yàn)的分維相似設(shè)計(jì)方法，所述方法能夠動態(tài)復(fù)現(xiàn)原型車輛線上行車工況，又保證了整個(gè)車線耦合系統(tǒng)輪軌接觸關(guān)系的真實(shí)性，從而能夠獲得準(zhǔn)確可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為地震下高鐵列車線上行車安全相關(guān)研究提供強(qiáng)有力的試驗(yàn)技術(shù)保障。所述動態(tài)模型試驗(yàn)分維相似設(shè)計(jì)方法可為國內(nèi)外相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)提供理論依據(jù)及技術(shù)參考。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種地震下高鐵列車行車安全動態(tài)模型試驗(yàn)分維相似設(shè)計(jì)方法，能夠有效的復(fù)現(xiàn)原型車輛橋上行車工況，保證輪軌接觸關(guān)系的準(zhǔn)確和真實(shí)性，從而能夠獲得足夠多的有效的試驗(yàn)信息及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為地震下開展高鐵列車行車安全相關(guān)研究提供技術(shù)保障。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

由車橋耦合振動理論及實(shí)踐表明，車橋耦合系統(tǒng)縱向受力與縱斷面受力為弱耦合，而對行車安全影響較大的為縱斷面受力，因而可將模型縱斷面及縱向幾何相似比分開考慮，縱斷面定為幾何主相似比，縱向定為幾何次相似比。車橋耦合振動縮尺試驗(yàn)?zāi)M的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)是輪軌關(guān)系的等效，附圖1為輪軌接觸關(guān)系計(jì)算流程圖，由圖可知，輪軌接觸幾何關(guān)系是整個(gè)計(jì)算的核心，其確定了后續(xù)的接觸參數(shù)和蠕滑系數(shù)，

一種地震下高鐵列車行車安全動態(tài)模型試驗(yàn)分維相似設(shè)計(jì)方法，步驟如下：

步驟(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件和當(dāng)前的制作工藝確定車橋耦合系統(tǒng)縱斷面的幾何相似比S_SL(主相似比)，以能保證準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)輪軌接觸關(guān)系為基本準(zhǔn)則；