《高速铁路工程中若干典型力学问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高速铁路工程中若干典型力学问题（2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高速铁路工程中若干典型力学问题摘要：高速铁路运行中主要依托于力学效应，为了进一步提高铁路工程运行水 平，做好力学问题的分析和研究工作具有重要意义。下面文章据对高速铁路工程 中力学问题展开探讨。关键词：高速铁路；力学问题；铁路力学；力学引言国的高速铁路发展起步较晚，但是发展迅速，目前已经达到世界先进水平。 高速铁路以其运行速度快、运行感受舒适、安全系数高等优点，快速在国内各个 省份发展。并且，中国先进的高铁技术已经走出国门，走向世界，在很多外国国 家开展高铁建设，为世界铁路运输做出巨大贡献。目前，我国已经自主研发的高 铁机车复兴号已经开始投入使用，相信不远的将来，我国的高速铁路机车会逐 渐普及我
2、国自主研发的复兴号高铁机车。在研制复兴号高铁机车的过程中， 需要解决大量的复杂的技术问题，其中包括很多物理力学问题需要解决。1高速铁路力学分析高速列车空气动力学现象与列车速度和运行环境有紧密关系.随着列车速度 的提高，高速列车空气动力学问题变得更加重要.通常，列车空气动力学与列车 的气动阻力、车内压力变化、列车诱导的流动、列车交会、横风效应、地面效应、 隧道效应、气动噪声和振动等有关.气动阻力与车体横截面积、列车长度、头车 和尾车形状、车体表面粗糙度以及列车周围的地理条件等有关？列车诱导的流动 能影响站台上旅客和铁路沿线职工的安全，与车体横截面积、列车长度、头车和 尾车形状、车体表面粗糙度等有
3、关.两车交会时产生的压力变化与乘客的舒适度 和安全性有关，主要与列车头车和尾车形状、列车宽度和轨道之间的间隔距离等 有关.在强横风中运行的列车产生的横风效应影响列车的运行安全性和乘坐舒适 性，与列车高度及周长、周围环境如路堤、高架桥、隧道出口等有关.隧道效应 包括隧道内压力变化和隧道出口微气压波变化，隧道出口处的微气压波影响随道 出口周围区域的环境友好性，与车体横截面积、隧道横截面积、列车头车和尾车 形状、隧道长度、轨道类型等有关.隧道内压力变化影响车体的结构强度和乘客 舒适性，与车体横截面积、隧道横截面积、列车长度、隧道长度等有关。2高速铁路存在的力学问题2.1轨道平稳性问题我们知道，高速铁
4、路轨道并非是一整条完整的钢铁，而是由短的钢轨通过焊 接的方式相连成一根长的钢轨，那么，在钢轨连接处会出现连接痕迹，可能存在 一定的颠簸。由于我国高速铁路运输的速度普遍在300km/h以上，较高的运行速 度对钢轨的平稳性的要求更高，高速运行的列车对轻微的颠簸也会有很大的震动， 因此，钢轨的铺设这对于钢铁焊接技术是一个不小的考验。列车的平稳运行不仅 对乘车舒适感有影响，还关乎乘客的乘车安全，通过轨道平稳感受能够对列车的 运行安全作出判断，稳定的运行也对列车结构综合性能和承载能力产生非常大的 影响。因此，在高铁列车不断提速过程中，必须重视列车运行的平稳性问题，深 入研究线路条件和基础设施建设问题，并
5、且提出配套的轨道养护方案，最大限度 保障列车平稳运行。2.2钢轨变形问题在线路的曲线段，病害主要是由于钢轨质量不达标，或者设置不当引起的， 在长时间的磨损后，就会在钢轨表面出现磨耗，继而列车经过时出现晃动现象。从列车运行的角度来看，钢轨变形病害发生的原因有以下几点：轨道曲线段与直 线段的缓和曲线设置不够缓和，在列车长时间的运行情况下，会加快轨道的磨损， 最终会导致受力不均，产生轨道变形，不利于轨道车正常平稳行驶；安装轨道使 用的原材料质量不达标，在列车长时间的作用下，容易产生形变，影响轨道安全。2.3空气阻力问题机车车身暴露在空气中高速运行，需要抵抗较大的空气阻力，并且随着高速 列车车速的不断
6、提高，列车遇到的空气阻力也随之增大，随着高速列车运行速度 的提升，列车所受到的空气阻力与运行速度的二次方成正比，当运行车速达到 250km/h时，全部阻力有75%-80%；来源于空气阻力，目前我国高速列车的运行 速度大多在300km/h以上，因此，空气阻力对列车运行的影响是非常严重的。并 且，当列车在隧道中运行时，会遇到强大的压力冲力，对行车安全造成威胁，因 此，需要对高速列车空气运动学进行研究。目前已经比较成熟的空气动力学研究， 比如飞起起飞前的空气动力学和汽车运行过程中的空气动力学在高速铁路运行中 的空气动力学并不适用，高速列车的空气动力学逐渐成为一个学科门类，培养更 多的专业人才，解决高
7、速铁路空气动力学问题。2.4桥梁结构性裂痕桥梁结构性裂痕一是纵向贯穿于铁路桥梁混凝土的深层裂痕，出现在铁路双 线或梁体侧面，甚至贯穿整个墩身。二是混凝土表面的裂痕，深度浅、长度不一， 形状不规则，开裂后容易渗入积雪雨水，从而产生冻融膨胀应力，造成桥梁开裂 发生脱落现象。三是梁腹板斜裂痕，出现在梁体的腹板中，这种裂痕可以使预应 力混凝土的承载能力大大降低。产生这些裂痕的直接原因是负荷载重列车，使得 结构承载力不够以及不合理的建筑构造引起的，还有就是地基基础不均匀沉降导 致桥梁结构产生附加力超出混凝土桥梁结构抗拉强度而出现裂痕。结语随着科学技术的不断进步，高速列车的发展速度飞快，我国大部分地区已经 通上了高速列车，高速列车网络的覆盖面积逐渐增大，为我国经济发展起到了很 大的促进作用。本文针对高速列车关键物理力学问题进行了分析，希望能够进一 步去提高我国高速铁路列车的运行水平。参考文献：1 缪炳荣，张立民，张卫华.考虑整车动力学特性的高速列车车体结构疲劳仿 真J.铁道学报，2010，32（6）： 101-108.2 赵永翔.高速重载列车关键结构材料疲劳断裂可靠性数据构建方法J.学术动 态，2010（1）： 25-27.3 杨国伟，魏宇杰，赵桂林.高速列车的关键力学问题J.力学进展，2015, 45： 217-460.
