基于SIMPACK和ANSYS路基上CRTSI板式轨道列车运行安全性和舒适性的可靠度分析

摘要

CRTSI型板式无砟轨道是高速铁路轨道结构的主要类型之一，在我国得到广泛的应用。由于轨道不平顺的随机特性，列车-板式轨道系统动力响应亦是随机的，对该系统动力响应进行概率分析，将对板式轨道的结构设计具有一定的参考价值。本文围绕路基上CRTSI型板式无砟轨道列车运行安全性和舒适性的可靠度问题，展开的主要研究内容如下:
　　1.利用ANSYS和SIMPACK两个软件，建立更加符合实际情况的车辆-轨道耦合系统模型。首先在ANSYS里分别采用梁单元和板单元模拟钢轨和轨道板，对所建模型进行子结构和模态分析，获得导入SIMPACK中的所需文件，然后通过FEMBS的专用接口，生成SIMPACK中的专用fbi文件形式，通过SIMPACK中的flexbody通道导入软件中;其次是在SIMPACK里建立车辆模型，车辆模型包括一个车体、两个转向架、和四个轮对;根据钢轨和轨道板在ANSYS中划分的节点坐标建立相应的标记点，这些标记点通过力元和阻尼进行连接，以达到相互联系的效果。
　　2.利用铁科院在广深淮高速铁路上的实测数据，验证本文所建模型的正确性。
　　3.获取车辆-轨道系统随机动力响应最大值随机变量的样本值。列车分别以200km/h、250km/h、300km/h、350km/h这四种速度在轨道上运行，每运行一次，将产生系统动力响应（随机过程）的一个样本函数。统计列车运行距离内各动力响应的最大值。所得到的数值即为相应动力响应最大值（随机变量）的一个观测值。列车以每种速度运行200次，即可获得该速度条件下系统动力响应的最大值随机变量的200个观测值。
　　4.列车运行安全性和舒适性的可靠度分析。运用数理统计的方法并结合数理统计分析软件SPSS对系统动力响应最大值随机变量进行概率分析，得到列车每种速度下轮轨力、车辆加速度、钢轨中点加速度、轨道板中点加速度等最大值随机变量的均值、标准差，以及其服从正态分布的结论;这些动力响应最大值随机变量的均值、均值与3倍标准差的和基本随列车速度的增大而增大;车辆加速度和轮重减载率的可靠度分析结果表明，动（拖）车在4种速度运行下的安全性与舒适性具有足够的可靠度，随着车速的增加，其可靠指标具有减小的趋势。