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高速铁路无缝线路动力稳定性概率分析理论研究

李秋义  
【摘要】: 高速铁路是世界铁路的共同发展趋势,并成为铁路现代化的重要标志。为了保证高速列车安全、平稳地运行,高速铁路跨区间无缝线路的稳定性必须有足够的安全储备。高速铁路无缝线路动力稳定性分析及其安全评估是高速铁路跨区间无缝线路的关键技术之一,其研究具有重要理论价值和现实意义。本文运用概率统计理论,提出无缝线路动力稳定性的概率分析方法,基于首次超越失效准则分析了无缝线路动力稳定性和及其可靠度,提出我国高速铁路无缝线路稳定性的目标可靠指标建议值,确定了满足预期目标可靠度的允许温升标准。 基于李雅普诺夫意义的概率稳定性概念,结合随机过程跨越理论,提出了无缝线路概率稳定性判断准则。应用概率论和数理统计方法,建立了无缝线路动力稳定性分析系统中的随机不确定性的概率模型。根据我国干线铁路轨道谱,采用三角级数法模拟出干线铁路和准高速铁路轨道不平顺的样本函数;根据秦沈客运专线高速试验段轨检车资料,采用ARMA时间序列模型模拟了高速铁路轨道不平顺随机样本函数;在既有研究资料的基础上模拟出各种速度客车构架人工蛇行波;用随机变量描述道床横向刚度,并进行了随机模拟;将振动理论和稳定理论结合建立系统的分析模型和运动方程;根据Monte—Carlo法编制了车辆—轨道耦合系统随机振动分析程序,进行了无缝线路随机动力响应分析,通过试验对计算模型、计算方法进行了验证。 基于反应过程极值分布最大熵拟合法,提出了无缝线路概率稳定性动力可靠度的拟静力分析方法。对我国干线铁路无缝线路稳定性的可靠指标进行了校准分析,结果是不同曲线半径的稳定性可靠指标不均衡,小半径曲线的可靠指标偏低。根据反应极值最大熵拟合法编制了无缝线路动力稳定性可靠度计算程序,分析了高速铁路无缝线路动力稳定性的可靠度,得到满足目标可靠指标的允许温升。建议我国高速铁路无缝线路稳定性的目标可靠指标定为4.2。 基于反应更新过程模型和随机过程跨越理论,提出了无缝线路稳定性动力可靠度的分析方法,分析了高速铁路无缝线路稳定性动力可 靠度,并与随机模拟法、拟静力法的计算结果进行了对比分析。建议 高速铁路无缝线路稳定性安全温升标准为60℃。最后,探讨了无缝 线路稳定性安全界限的模糊性。 无缝线路动力稳定性概率分析方法的研究为无缝线路的安全设 计、安全施工和安全管理提供了科学的理论依据,为无缝线路的概率 设计奠定了基础。本文的研究成果对于高速铁路无缝线路设计、施工、 养护具有重要指导意义。本文的工作使无缝线路稳定性分析及安全评 价由确定性分析走向概率分析,使无缝线路稳定性设计理论提高到一 个新的水平。


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