[发明专利]一种基于车线系统动力学的高速铁路线路设计与评估方法

摘要

本发明公开了基于车线系统动力学的高速铁路线路设计与评估方法。高速铁路线路线形引起的车体振动响应主要集中在1Hz以下的低频范围内，为了有效区分线形、线路平顺性和线下结构刚度等引起的车体振动，本方法采用系统动力仿真手段，引入ISO2631、EN12299等标准中运动病、舒适度、缓和曲线舒适度和瞬时舒适度等指标，并结合加速度频数分布和累积频数分布综合分析评价线形参数和线路方案的合理性，为线形参数确定和线路方案优化提供依据。本方法能弥补传统线路分析方法的不足，实现任意平纵断面线形组合条件下的行车安全性和乘车舒适性的预测、分析和评估，为高速铁路线路设计提供科学分析手段，具有重要的理论意义和工程应用价值。

主权项

一种基于车线系统动力学的高速铁路线路设计与评估方法，所述高速铁路线路包括轨道及其支撑结构，所述高速铁路线路线形由轨道及其支撑结构的空间结构形成，包括平面直线、圆曲线和缓和曲线以及纵断面坡段和竖曲线等，其特征在于，所述线路线形的设计方案采用以下方法设计；A.线路线形初步设计方案由平面直线、圆曲线、缓和曲线及纵断面坡段、竖曲线等连续组合而成，根据车辆构件参数、轨道及其支撑结构的参数及直线、圆曲线、缓和曲线等线形特征参数，建立车辆—线路系统动力分析模型，将多套初步设计方案的车辆构件参数、轨道及其支撑结构的参数及直线、圆曲线、缓和曲线等线形特征参数作为模型计算条件，取得列车在运行过程中的系统动力响应，其中所述多套初步设计方案体现不同的轨道及其支撑结构的参数及直线、圆曲线、缓和曲线等线形特征参数的组合，并且所述多套初步设计方案中的参数至少有两个互不相同；B.根据系统动力响应优化线路方案中的线形方案设计：B‑1.采用ISO2631中的运动病评价方法，对步骤A的多套初步设计方案，使用步骤A的车辆—线路系统动力分析模型，计算得到车辆动力响应中0.02Hz‑4Hz频段范围内的车体振动加速度，根据ISO2631中频率加权曲线进行加权求得车体振动加速度均方根，作为运动病评价指标基础；采用基于ISO2631中的舒适度评价方法，对步骤A的多套初步设计方案，使用步骤A的车辆—线路系统动力分析模型，计算得到车辆动力响应中0.5Hz‑80Hz频段范围内的车体振动加速度，根据ISO2631中频率加权曲线进行加权求得车体振动加速度均方根，作为舒适度评价指标基础；并将步骤A中计算得到车辆动力响应进行频数分布统计和累积频数分布统计；其中车体振动加速度均方根Arms可由下式计算：Arms=[1T∫0Taw2(t)dt]12---(3)]]>式中，aw为频率计权加速度(m/s2)；T为持续时间(s)。B‑2.以合理降低运动病、提高舒适度和减少幅值较大的加速度频数分布为目的，根据步骤B‑1的统计结果，确定所述多套初步设计方案的轨道及其支撑结构的参数及直线、圆曲线、缓和曲线等线形特征参数中的敏感因素，对所述敏感因素进行调整形成调整后设计方案，重复步骤B‑1，比较所述多套初步设计方案和调整后设计方案的运动病指标、舒适度指标和加速度统计分布特征，如此反复调整比较，取得满意的优化方案。