高速铁路无缝线路动力稳定性概率分析理论研究

摘要

该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,提出中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.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.对中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.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.该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.该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.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1无缝线路静力稳定性研究现状

1.2.2无缝线路动力稳定性研究进展

1.3相关学科和研究领域的发展动态

1.3.1结构动力稳定性

1.3.2结构随机振动

1.3.3结构可靠性理论的发展概况

1.3.4结构动力可靠性研究综述

1.4研究中的主要困难

1.5研究思路和技术路线

1.6研究方法

1.7研究的主要内容

第二章无缝线路概率稳定性理论

2.1引言

2.2结构弹性稳定性

2.2.1结构失稳的几类基本问题

2.2.2结构弹性稳定性的基本理论

2.2.3结构稳定性的判断准则

2.3结构动力稳定性

2.3.1结构动力稳定性的概念和分类

2.3.2结构动力失稳的判断准则

2.3.3数值方法在结构动力稳定性的应用

2.3.4国内外的研究成果

2.4无缝线路概率稳定性

2.4.1概率稳定性的数学定义

2.4.2结构概率稳定性及判断准则

2.4.3无缝线路动力稳定性的判断准则

2.4.4无缝线路动力稳定性的分析方法

2.5小结

第三章荷载和结构设计参数不确定性及其随机模拟

3.1引言

3.2 工程中的不确定性

3.3程结构的随机性

3.3.1荷载的随机性

3.3.2结构参数的随机性

3.4结构概率分析

3.5随机过程

3.5.1随机过程的基本概念

3.5.2随机过程的数字特征

3.5.3平稳随机过程及各态历经性

3.5.4平稳随机过程概率谱密度

3.6轨道不平顺及其随机模拟

3.6.1轨道不平顺综述

3.7机车车辆蛇行运动的模拟

3.8道床横向刚度的随机模拟

3.8.1影响道床横向刚度的主要因素

3.8.2道床横向刚度的确定方法

3.8.3道床横向刚度的随机模拟

3.9小结

第四章无缝线路动力稳定性分析模型

4.1引言

4.2轮轨相互作用计算模型的发展概况

4.2.1轮轨相互作用计算模型

4.2.2车辆—轨道耦合动力学的研究与应用

4.3无缝线路动力稳定性分析模型的建立

4.3.1计算模型的选择

4.3.2计算模型

4.4计算模型的关键技术问题

4.4.1构架蛇行波的处理

4.4.2轨道横向刚度的影响

4.4.3温度力对应的几何刚度矩阵

4.4.4轨道原始弯曲

4.4.5锁定轨温的变化

4.4.6轮轨耦合关系的处理

4.5车辆轨道系统运动方程

4.6小结

第五章车辆—轨道耦合系统随机振动分析

5.1引言

5.2线性系统经典随机振动的分析方法

5.2.1经典随机振动分析的随机模拟法

5.2.2经典随机振动分析的模态分析法

5.3随机结构分析方法

5.3.1随机结构分析的随机模拟法

5.3.2随机结构分析的随机有限元

5.4轮轨随机振动分析方法的选择

5.4.1 Monte-Carlo法与模态分析法的比较

5.4.2 Monte-Carlo法与随机有限元的比较

5.4.3 Monte-Carlo法进行轮轨随机振动分析的主要优点

5.4.4 Monte-Carlo法的基本原理

5.5 Monte-Carlo法进行轮轨随机振动分析的步骤

5.6车辆—轨道耦合系统随机振动分析程序的编制及验证

5.6.1计算程序概况

5.6.2计算参数

5.6.3试验情况

5.6.4计算结果与试验结果的对比分析

5.7小结

第六章无缝线路稳定性动力可靠度分析的拟静力方法

6.1引言

6.1.1结构可靠性

6.1.2极限状态

6.1.3可靠指标

6.1.4结构可靠性分析的两种模型

6.1.5结构动力可靠性

6.3无缝线路动力稳定性的破坏准则及安全界限

6.4动力可靠度分析的拟静力分析方法

6.4.1基本原理

6.4.2响应极大值概率密度函数最大熵拟合法

6.4.3响应极值概率密度函数的级数拟合法

6.4.4最大熵法和级数拟合法的优度拟合检验

6.5无缝线路稳定性的目标可靠度

6.5.1工程类比法

6.5.2校准法

6.6我国干线铁路无缝线路稳定性可靠指标的校准

6.6.1可靠指标校准的步骤

6.6.2计算参数

6.6.3计算结果及分析

6.7高速铁路无缝线路稳定性动力可靠度拟静力分析

6.7.1高速铁路无缝线路稳定性目标可靠指标的选择

6.7.2设计基准期内动力可靠度分析

6.7.3计算参数

6.7.4拟静力分析的步骤

6.7.5计算结果及分析

6.8 小结

第七章基于过程跨越理论的无缝线路稳定性动力可靠度分析

7.1引言

7.2首次超越破坏的两类基本问题

7.2.1交叉问题

7.2.2峰值分布问题

7.3结构动力可靠度分析的泊松过程法

7.3.1交叉问题动力可靠度分析的的泊松过程法

7.3.2极值分布问题动力可靠性分析的泊松过程法

7.4动力反应过程为更新过程动力可靠度分析

7.4.1更新过程

7.4.2无缝线路横向位移反应的更新过程模型

7.4.3结构动力可靠度计算

7.4.4计算步骤

7.5数值模拟法

7.5.1首次超越时间的概率分布

7.5.2基于首次超越时间的动力可靠性计算公式

7.5.3计算步骤

7.6计算方法的比较

7.7高速铁路无缝线路稳定性动力可靠度分析

7.7.1计算参数

7.7.2无缝线路稳定性动力可靠度分析

7.8无缝线路动力稳定性可靠度的参数敏感性分析

7.8.1道床横向刚度对无缝线路动力稳定性可靠度的影响

7.8.2轨道原始弯曲对无缝线路动力稳定性可靠度的影响

7.8.3轨道竖向随机不平顺对无缝线路动力稳定性可靠度的影响

7.8.4行车速度对无缝线路动力稳定性可靠度的影响

7.9小结

第八章基于模糊界限的动力可靠度的探讨

8.1引言

8.2模糊随机可靠度分析的统一模型

8.3模糊安全界限动力可靠度问题

8.4不同安全界限的结构动力可靠度计算公式

8.5基于模糊安全界限的无缝线路稳定性动力可靠度

8.5.1无缝线路稳定性安全界限的模糊性

8.5.2模糊界限的当量随机化

8.5.3基于随机安全界限的动力可靠度

8.6小结

第九章结论与建议

9.1本文完成的工作与结论

9.2本文的创新之处

9.3今后努力的方向

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要研究成果