背景简介

        高速铁路的出现，使得轮轨交通技术达到更高的层次。速度提升不仅对列车的牵引动力与动力学性能提出更高要求。而且，列车与线路、气流等运行环境的耦合作用加剧（图1），并直接影响到了列车的运行品质和安全性。

图1 列车运行状态及其影响因素

        在高速列车发展初期，研究关注的是如何保证高速列车能高速、平稳和安全运行。随着运行速度的提高，系统间耦合加强，服役模拟也越来越受到重视。而今天，高速列车的服役模拟、健康管理与故障预警成为研究热点，掌握系统全局动态行为、了解微观局部振动是车辆系统动力学研究的方向。

成果介绍

        本文以高速列车服役模拟为需求，提出多种建模与计算方法。基于本文提出的模拟方法，能够实现列车在不同寿命阶段的服役模拟，而且还可以应用于高速磁浮列车，甚至未来的超高速真空管道磁浮列车。

        （1）提出基于循环变量法的长编组列车建模与计算方法，实现任意列车编组的仿真，得到不同编组位置车辆的服役状态。列车编组型式基本上有动力分散与动力集中两种模式，如图2所示。

图2 列车编组型式

        （2）提出滑移窗口的轨道建模与车线耦合计算方法，得到列车在任意长线路上运行的服役状态。在滑移窗口模型中，为满足高速铁路枕木、轨道板、和桥梁结构计算窗口的选择，滑移窗口长度的设置是时变的，如图3所示。让钢轨通过滑移窗口，不断按照列车位置进行变化，实现任意长钢轨上的列车运行模拟。

图3 滑移窗口长度计算模型

        （3）提出基于时变参数的长期服役计算方法，实现列车在不同服役状态与服役时间的服役模拟。针对高速列车动力学性能的服役模拟问题，给出如图4所示的服役模拟框图。

图4 基于动力学性能的服役模拟计算的框图

        该研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金区域联合基金的支持。

论文信息：张卫华. 高速列车服役模拟建模与计算方法研究. 力学学报, 2021, 53(1): 96-104.Zhang Weihua. Research on service simulation modeling and calculation method of high-speed train. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2021, 53(1): 96-104

（网络编辑：侯志伟，费嘉文，温建锋）