1、我國(guó)內(nèi)陸深廣、人口眾多，高速鐵路高效、快捷運(yùn)輸方式最有利于解決大規(guī)模人口流動(dòng)。高速鐵路的發(fā)展促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)，帶動(dòng)了沿線城市間的經(jīng)貿(mào)交流，標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平和自主創(chuàng)新能力。
　　高速鐵路是對(duì)常規(guī)鐵路的突破和挑戰(zhàn)，由于車輛速度的提高，輪軌間動(dòng)力學(xué)問(wèn)題愈顯突出，不僅影響乘客乘車舒適度，也會(huì)引發(fā)車輛脫軌的安全事故。高速車輛脫軌會(huì)造成更大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，由于高速輪軌強(qiáng)烈的動(dòng)態(tài)及耦合作用，高速條件下脫軌與低速條件下有很大的不同，

2、目前高速動(dòng)態(tài)脫軌研究還處在起步階段，研究高速車輛脫軌動(dòng)力學(xué)問(wèn)題迫在眉睫。本文針對(duì)高速車輛脫軌行為開(kāi)展了研究，建立了適合脫軌分析的高速車輛軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型，研制了高速車輛動(dòng)態(tài)脫軌仿真系統(tǒng)，研究高速車輛動(dòng)態(tài)脫軌行為及其非線性動(dòng)力學(xué)行為等問(wèn)題。
　　脫軌是車輛極端動(dòng)力學(xué)行為，在脫軌過(guò)程中輪對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)十分豐富，輪軌間存在著復(fù)雜接觸狀態(tài)，需要建立適合脫軌分析的輪軌耦合精確動(dòng)力學(xué)模型。在輪軌接觸幾何模型中，改進(jìn)三維輪軌跡線算法求解不同線路、

3、不同接觸狀態(tài)下輪軌接觸幾何參數(shù)；在建立輪軌蠕滑力模型中，通過(guò)分析常見(jiàn)蠕滑力模型不適合脫軌蠕滑力計(jì)算，基于O.Polach改進(jìn)后新模型進(jìn)行了脫軌蠕滑力分析；在輪軌法向力模型中，根據(jù)輪軌接觸區(qū)的劃分，在輪緣接觸區(qū)使用有限元軟件LS-DYNA精確計(jì)算輪軌接觸法向力，通過(guò)與Hertz理論結(jié)果對(duì)比提出法向力修正系數(shù)，修正 Hertz理論在輪緣接觸區(qū)的法向力誤差。高速車輛的動(dòng)力學(xué)模型增加了車輛懸掛系統(tǒng)的非線性因素以及由于速度和蠕滑狀態(tài)引起的摩擦系數(shù)

4、變化，在此基礎(chǔ)建立了31個(gè)自由度的車輛軌道耦合動(dòng)力學(xué)脫軌模型。
　　仿真是進(jìn)行脫軌研究的重要手段，基于高速車輛軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型，研制出高速車輛動(dòng)態(tài)脫軌仿真系統(tǒng)，給出了仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)劃分和關(guān)鍵輪軌接觸子系統(tǒng)的計(jì)算流程。通過(guò)分析爬軌階段的特征量和輪軌碰撞跳軌的臨界速度，提出了預(yù)判脫軌發(fā)生的兩個(gè)臨界條件和脫軌判斷子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)算法。在對(duì)各個(gè)仿真子系統(tǒng)研制基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了高速車輛動(dòng)態(tài)脫軌仿真系統(tǒng)的計(jì)算流程和功能實(shí)現(xiàn)?；诟咚佘囕v動(dòng)態(tài)脫軌仿

5、真系統(tǒng)，得出了動(dòng)態(tài)爬軌、跳軌的發(fā)生過(guò)程，影響脫軌的關(guān)鍵因素，提出不同參數(shù)下脫軌發(fā)生的邊界條件和車輛安全行駛條件，將脫軌事故按原因歸納為三類，給出相應(yīng)的預(yù)防措施。
　　高速車輛非線性因素在動(dòng)力學(xué)中作用更加明顯，需要完善車輛系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)分析。輪對(duì)是車輛走行的關(guān)鍵部件，針對(duì)高速輪對(duì)建立了動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算分析了輪對(duì)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和失穩(wěn)臨界速度，研究辨識(shí)車輛系統(tǒng)不同 Hopf分岔類型的算法，分析了脫軌過(guò)程中輪軌碰撞和軌面不平順激勵(lì)對(duì)車輛非

6、線性動(dòng)力學(xué)行為的影響，繪制了車輛系統(tǒng)分岔全圖。輪對(duì)在非線性失穩(wěn)后可能導(dǎo)致跳軌脫軌，研究了非線性跳軌的特性及預(yù)測(cè)評(píng)判方法。
　　高速車輛動(dòng)態(tài)脫軌仿真系統(tǒng)需要進(jìn)行驗(yàn)證才能確保仿真結(jié)果的可靠性，通過(guò)測(cè)試車輛動(dòng)力學(xué)仿真的曼徹斯特考題和通用車輛動(dòng)力學(xué)軟件 Adams/rail，驗(yàn)證了仿真系統(tǒng)對(duì)車輛一般動(dòng)力學(xué)行為的計(jì)算，根據(jù)秦沈線路試驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)一步驗(yàn)證仿真系統(tǒng)在直線段和曲線段模擬的車輛動(dòng)力學(xué)行為。由于車輛非線性動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)和脫軌試驗(yàn)實(shí)施困難，通