[发明专利]一种地震下高铁列车行车安全模型试验的分维相似设计方法

说明书

本发明公开了一种震时高铁列车桥上行车安全动态模型试验的分维相似设计方法，其特征在于，考虑到车桥系统为长大跨度结构，且纵向与纵断面弱耦合的受力特点，提出试验模型在纵向、纵断面分别取独立几何相似比的分维相似设计方法，并推导了相应的相似设计公式，从而使得地震作用下高速列车桥上行车安全动态模型试验能够在实验室实现，所述方法能够动态复现原型车辆桥上行车工况，同时保证整个试验过程中车桥耦合系统轮轨接触关系的真实性，从而能够获得准确可靠的行车安全试验数据，为地震作用下高铁列车桥上行车安全相关研究提供强有力的试验技术保障。

技术领域

本发明涉及一种列车模拟相似设计方法，具体涉及一种地震下高铁列车行车安全模型试验的分维相似设计方法。

背景技术

我国高速铁路运营面临强地震的潜在危险。高速铁路在全球范围内蓬勃发展，我国高铁运营里程已稳居世界第一，截止目前，“八纵八横”的高速铁路网已初具规模，路网具有等级高、线路密度大、分布广等特点。同时，我国位于环太平洋地震带，地震活动频繁，是地震多发国家。故高铁线路不可避免的会存在跨越地震带或沿着地震带修建等情况，从而导致地震发生时高速列车线上运行的几率大大增加，研究地震作用下高铁列车运营的安全性十分必要。世界范围内较为显著的受地震冲击的高铁危险事件主要是2004年的日本新潟地区上越新干线脱轨事件，6.8级强震导致8节车厢脱离轨道，整车报废，线路停运。目前我国高铁尚未真正意义上遭遇强地震的冲击，真实震害与理论、数值乃至试验的相互印证存在明显的缺陷。实际上，由于地震发生的不可预见性和测试的困难，很难规划何时或如何通过实际震害测到地震下行车的珍贵数据。鉴于现场震害的不可预见性，实验室内试验的重要性则凸显出来，作为理论、数值研究工作的重要印证和补充，高铁建造的基本设施乃至列车的地震下行为需要通过实验室条件下加以详细研究。而由于地震作用时间长，其持续时间往往在10s以上，加之高铁车辆运营速度快，普遍高于250Km/h，此时需要足够长的线路结构来支撑车辆运行，如果要进行实验室试验，往往需要缩尺比很小；另外一边，轮轨接触关系的复杂性要求模型缩尺比不能太小，否则可能使得模拟严重失真，两者相互制约和矛盾。目前相关的试验方法和设备系统仍有巨大欠缺，相关研究严重滞后，具体体现为试验方法的不成熟、全国范围内尚无专门实现此类试验的设备系统。因此，研究适用于高速铁路列车动态模拟试验的相似设计方法意义重大。

基于此，本发明提出了一种地震下高铁列车行车安全模型试验的分维相似设计方法，所述方法能够动态复现原型车辆线上行车工况，又保证了整个车线耦合系统轮轨接触关系的真实性，从而能够获得准确可靠的试验数据，为地震下高铁列车线上行车安全相关研究提供强有力的试验技术保障。所述动态模型试验分维相似设计方法可为国内外相关系统建设提供理论依据及技术参考。

发明内容

针对现有技术问题，本发明的目的在于提供一种地震下高铁列车行车安全动态模型试验分维相似设计方法，能够有效的复现原型车辆桥上行车工况，保证轮轨接触关系的准确和真实性，从而能够获得足够多的有效的试验信息及试验数据，为地震下开展高铁列车行车安全相关研究提供技术保障。

本发明的技术方案为：

由车桥耦合振动理论及实践表明，车桥耦合系统纵向受力与纵断面受力为弱耦合，而对行车安全影响较大的为纵断面受力，因而可将模型纵断面及纵向几何相似比分开考虑，纵断面定为几何主相似比，纵向定为几何次相似比。车桥耦合振动缩尺试验模拟的另一个关键点和难点是轮轨关系的等效，附图1为轮轨接触关系计算流程图，由图可知，轮轨接触几何关系是整个计算的核心，其确定了后续的接触参数和蠕滑系数，

一种地震下高铁列车行车安全动态模型试验分维相似设计方法，步骤如下：

步骤(1)根据实验室条件和当前的制作工艺确定车桥耦合系统纵断面的几何相似比S_SL(主相似比)，以能保证准确复现系统轮轨接触关系为基本准则；