大风对高速列车运行安全性影响及应急控制的研究

为保证高速列车的安全高效运行，针对动风作用下的高速列车受荷机理以及风环境对高速列车运行安全性的影响规律，以高速铁路综合试验中采集的风速场及风环境下高速列车动力学性能数据（如风速场、脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、稳定性等）为基础数据，采用数值仿真和多参数外推理论方法，研究高速列车在不同运行速度下环境风速与列车动力学性能和动态偏移的关联性。通过可靠性分析，提出大风条件下列车运行安全性的风速-车速包络曲线，确定风速阈值分布曲线。结合高速铁路沿线的线路参数、气象环境因素，提出高速列车限速或停运的各级风速阈值，确定应急控制规则，为高速列车运营安全管理提供理论支持。并结合高速铁路综合试验，采集相关试验数据，对理论研究结果进行比较分析和验证，完善理论模型，为制定大风条件下高速列车行车管制规则提供依据。

高速铁路的发展对铁路的安全性提出了更高的要求，同时，高风速下列车的安全性问题是一个涉及到空气动力学和车辆动力学的综合问题，影响高风速下列车行为的因素主要包括风速、车速以及外部条件。外部条件包括车的外形、走行部特性以及轨道曲线、边缘气象条件，特别是线路上的局部强风以及使风速变大的高路堤以及产生突风的隧道的特殊环境等。.本报告首先搜集并分析了国内外高速铁路风安全性研究的相关资料；其次， 选择武广、甬台温、福厦和海南东环高速铁路，开展试验，对铁路沿线风速风向进行了分析，研究了低风速风速、车速对动车组运行安全性的影响；然后，研究侧风作用下的列车受荷机理，以试验采集到的低风速环境动车组动力学性能数据为参照值，开发仿真程序，生成考虑脉动风作用的风荷载，并结合流体力学计算软件平台以及理论计算进行了验证，应用得到的结果，利用动力学仿真软件NUCARS，针对典型车型CRH2和CRH3就车速以及风速（包括25m/s以上高风速）下的风－车－线耦合振动进行了仿真计算分析，以得到的高速列车动力学性能数据为基础数据，研究相关数据的关联性，建立了以风速、车速以及其二次值为参数的多参数外推算法并进行了验证，探讨了风环境对高速列车运行安全性的影响规律，研究提出了典型车型的风速阈值分布曲线，并通过与前期试验结果进行对比分析确定了某特定线路的高速铁路应急控制规则。此外，还通过一个简化的理论模型研究了不同轨下条件（路堤、高架桥）对动车组表面风荷载的影响。