【正文】 壓力波。隧道內(nèi)壓力波動通過車體傳入車內(nèi)也會形成壓力波，造成司乘人員耳感不適等問題。隧道壓力波作用于列車車體結(jié)構(gòu)與部件和隧道內(nèi)固定設(shè)施上也將產(chǎn)生疲勞破壞問題。同時，高速鐵路線路上隧道大多為復(fù)線隧道，與明線上單車穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時氣動力特點(diǎn)比較，隧道內(nèi)列車外不對稱的空氣流動將引起氣動力的較大不對稱變化?？梢?，高速列車通過隧道引起的空氣流動及壓力波動對高速列車的運(yùn)行安全性與乘坐舒適性有較大的影響。本課題主要采用一維和三維方法進(jìn)行時速500公里高速列車隧道壓力波傳播機(jī)理、復(fù)雜波系疊加和影響因素主次關(guān)系的研究。研究單列車通過隧道全過程時，列車外和隧道內(nèi)不同區(qū)域的流動參數(shù)分布和變化規(guī)律，以及流場結(jié)構(gòu)的演化過程；確定隧道內(nèi)壓縮波與膨脹波在車頭車尾端部形狀和隧道洞口處反射折射模式及其對流動參數(shù)與流場結(jié)構(gòu)相互作用等。研究隧道內(nèi)交會時不同流動區(qū)域流動參數(shù)分布與變化規(guī)律、流場結(jié)構(gòu)演化過程以及列車頭型對交會過程中流動參數(shù)的影響?？紤]單列車通過隧道和兩列車隧道內(nèi)不同位置交會不同情景，建立列車速度、阻塞比、列車長度、隧道長度、線間距等參數(shù)與壓力波動之間的關(guān)系，分析列車和隧道兩方面參數(shù)對列車內(nèi)外壓力波動、車內(nèi)外壓差、舒適性等方面的影響特征；歸納出最不利運(yùn)行工況、最不利隧道長度和列車長度等。2. 時速500公里氣動作用下高速列車響應(yīng)特性研究（1）復(fù)雜氣動激擾力作用下車體結(jié)構(gòu)振動特性研究在時速500公里條件下，研究復(fù)雜氣動激擾力與車體局部結(jié)構(gòu)的流固耦合非線性振動特性，揭示局部結(jié)構(gòu)顫振發(fā)生條件和機(jī)理，探討局部結(jié)構(gòu)顫振引起乘坐舒適度惡化程度和對結(jié)構(gòu)的破壞行為；研究車體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)屈曲行為和可能造成的結(jié)構(gòu)破壞程度，揭示車體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)在顫振、共振及屈曲條件下的極限承載能力。探討車體振動對車體結(jié)構(gòu)自身安全性的影響規(guī)律。利用整車動力學(xué)分析給出的邊界條件與實車測量振動數(shù)據(jù)，提出列車部件振動分析方法，揭示氣動載荷非均勻分布對部件振動特征的耦合影響機(jī)理，建立氣動載荷與車輛振動耦合作用下列車關(guān)鍵部件振動分析模型；探討關(guān)鍵部件在整車動力學(xué)分析建模中必須要考慮的模態(tài)，研究車體部件振動與整車振動特征的關(guān)聯(lián)性。（2）強(qiáng)氣流激擾下的高速列車穩(wěn)定性、平穩(wěn)性和安全性研究在時速500公里條件下，研究側(cè)向力、橫風(fēng)（側(cè)風(fēng)）、氣動升力對列車運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，并通過定量描述各因素的作用，揭示這些因素對列車穩(wěn)定性影響的機(jī)理，定量研究主控因素的變化規(guī)律。建立考慮氣動效應(yīng)的列車非線性穩(wěn)定性分析方法，確定氣動激擾下的高速列車臨界速度。在時速500公里條件下，建立準(zhǔn)確反映氣動效應(yīng)對高速列車系統(tǒng)動力學(xué)行為影響的力學(xué)模型，研究高速氣流及強(qiáng)側(cè)風(fēng)譜（包括側(cè)風(fēng)的方向角、幅值、頻率）對高速列車運(yùn)動姿態(tài)的影響，定量分析其對高速列車頭車、中間車和尾車運(yùn)動特性的影響規(guī)律；探索氣動升力和側(cè)向力與高速列車輪重減載率及脫軌系數(shù)等運(yùn)行安全性參數(shù)的關(guān)系。研究在列車高速交會、通過隧道、尤其是隧道交會等極端情況下高速列車平穩(wěn)性和安全性。3. 時速500公里條件下高速列車輪軌接觸行為與黏著機(jī)理研究（1）輪軌滾動滑動行為研究在時速500公里條件下， 建立考慮滾動、滑動特征的高速輪軌滾動接觸模型，考慮輪軌高速慣性、接觸振動、接觸表面形貌的影響；借助于含輪軌剛?cè)崮Ｐ偷能囕v軌道耦合大系統(tǒng)動力學(xué)數(shù)值模型和相應(yīng)的數(shù)值方法， 分析輪軌接觸點(diǎn)軌跡/斑和輪軌蠕滑率/力的變化規(guī)律；研究車速—輪軌表面不平順度（波深與波長之比）—輪軌接觸/分離時間比例的關(guān)系規(guī)律， 確定不同速度等級安全運(yùn)行條件下的輪軌表面不平順度閾值；分析輪軌表面各種可能的粗糙度譜激發(fā)出的輪軌模態(tài)、輪軌模態(tài)對輪軌噪聲的貢獻(xiàn)情況，以及輪軌噪聲形成的機(jī)理。（2）高速輪軌黏著機(jī)理研究在時速500公里條件下，借助彈塑性微觀形貌接觸理論、彈流（“第三介質(zhì)”）理論、彈塑性滾動接觸理論等建立新的輪軌滾滑黏著模型和理論，研究輪軌在高速滾動接觸狀態(tài)下，接觸表面的剪切行為。借助于時速500公里高速輪軌滾動接觸試驗裝置進(jìn)行單個因素或多個因素耦合情況下的黏著特性研究， 主要試驗因素包括超高速滾滑速度、輪軌的表面形貌、輪軌間第三介質(zhì)、材料的表面性能，從而探索時速500公里條件下的輪軌黏著規(guī)律。（3）基于輪軌表面改性的增粘機(jī)理與黏著控制方法研究以時速500公里高速試驗列車線路試驗和前期研究結(jié)果為基礎(chǔ)， 通過計算和實驗，研究車輪表面高能束流非均勻改性對時速500公里條件下黏著系數(shù)及其穩(wěn)定性的影響、輪軌接觸表面形貌優(yōu)化匹配問題，建立基于輪軌表面非均勻改性的接觸力學(xué)模型。探索時速500公里條件下的黏著控制方法。（4）輪軌黏著特性的安全利用和控制策略的研究在時速500公里條件下，研究高速列車不同位置輪對的輪軌黏著特性的差異及形成機(jī)理； 建立考慮列車電機(jī)功率輸出特性、驅(qū)動傳動特性、輪軌滾滑黏特性的輪軌黏著控制和安全利用的理論分析模型，使輪軌安全（輪軌黏著效果發(fā)揮及其材料強(qiáng)度安全平衡機(jī)制）有效地發(fā)揮最佳黏著特性，確保列車在設(shè)定的短暫時間和距離內(nèi)實現(xiàn)速度控制目標(biāo)和安全運(yùn)營。4. 時速500公里條件下高速列車輪軌動力學(xué)與安全特性研究依托京滬高速鐵路先導(dǎo)試驗段和鐵道部正在研制的500km/h試驗列車作試驗條件和研究手段，通過試驗檢測、仿真分析等技術(shù)手段開展時速500公里條件下的高速列車中的關(guān)鍵力學(xué)行為對運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性和舒適性的影響研究，積累相關(guān)科學(xué)研究經(jīng)驗，提升我國在高速列車領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論水平。（1）線路高頻激勵下的高速列車輪軌振動頻譜特性研究在京滬高速鐵路利用時速500公里列車進(jìn)行輪軌關(guān)系和運(yùn)行安全性線路試驗。依據(jù)輪對、構(gòu)架、車體等實車振動數(shù)據(jù)和輪軌作用力數(shù)據(jù)，構(gòu)建時速從150公里到500公里范圍內(nèi)輪對、構(gòu)架振動規(guī)律和頻譜特征。并結(jié)合京津城際高速鐵路、武廣和鄭西高速鐵路進(jìn)行的頻譜特征研究成果，提供整車動力學(xué)邊界條件。研究高速列車輪軌關(guān)系、輪對、構(gòu)架振動和頻譜特征對運(yùn)行安全性影響關(guān)系。（2）復(fù)雜高頻激勵下高速列車動力學(xué)性能特性研究依據(jù)線路試驗數(shù)據(jù)和整車動力學(xué)邊界條件，提出高速列車動力學(xué)分析方法。給合各種非線性因素（輪軌接觸、懸掛、連接、路基）及耦合作用（車間耦合、線路橫向和垂向耦合），建立高速列車運(yùn)動特性的動力學(xué)模型，進(jìn)行列車運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性分析；在分析高架無砟高速線路的結(jié)構(gòu)特征和線路不平順譜特征的基礎(chǔ)上，研究高速列車振動傳遞特征，提出列車部件振動分析方法。利用整車動力學(xué)分析給出的邊界條件與實車測量振動數(shù)據(jù)，研究氣動力對車體振動特征的影響機(jī)理，建立氣動力與車輛振動聯(lián)合作用下列車關(guān)鍵部件振動分析模型；研究車體部件振動與整車振動特征的關(guān)聯(lián)性，探索列車運(yùn)行舒適性和結(jié)構(gòu)可靠性。（3）非線性因素耦合作用下列車穩(wěn)定性研究在時速500公里條件下，研究氣動擾動、車輛各部件慣性作用和旋轉(zhuǎn)件的陀螺效應(yīng)、車間耦合、車輪初始缺陷、軌道不平順等各種非線性因素對列車運(yùn)動穩(wěn)定性的影響，并通過描述各因素的作用，揭示這些因素對列車穩(wěn)定性影響的機(jī)理，研究主控因素的變化規(guī)律。通過考慮多種非線性因素的列車穩(wěn)定性分析方法，確定高速列車的臨界速度。進(jìn)一步探索高速列車動態(tài)脫軌安全性。5. 時速500公里條件下高速列車弓網(wǎng)關(guān)系研究（1）高速接觸網(wǎng)波動特征研究研究不同速度等級下的接觸網(wǎng)波動特性和弓網(wǎng)振動特性，建立從低速到時速500公里的弓網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)譜。在研究非等波速鏈型結(jié)構(gòu)懸索波動傳播、波動分散和波動匯合振動規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究復(fù)雜彈性鏈型接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)的波動特征；研究不同接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)類型、線材和張力條件下精確的接觸網(wǎng)波速表達(dá)形式和波動速度；研究不同波速利用率下的弓網(wǎng)振動特性，確定接觸網(wǎng)波速的利用率域值；研究多弓作用下的接觸網(wǎng)波動特性，揭示復(fù)雜波動源下接觸網(wǎng)振動波的傳播規(guī)律和干涉機(jī)制。 （2）高速接觸網(wǎng)不平順特征研究研究時速500公里線路上接觸網(wǎng)不平順數(shù)據(jù)的分析和處理方法，掌握接觸網(wǎng)不平順的基本特性，并建立接觸網(wǎng)不平順譜；研究時速500公里條件下接觸網(wǎng)不平順對弓網(wǎng)受流質(zhì)量的影響規(guī)律，并分析與其它弓網(wǎng)受流影響因素之間的區(qū)別與聯(lián)系；研究接觸網(wǎng)不平順的分類方法，確定接觸線導(dǎo)高誤差的安全域等。 （3）軌道、車體、弓網(wǎng)系統(tǒng)間振動傳遞關(guān)系研究研究時速500公里超高速條件下計及車體振動時弓網(wǎng)耦合系統(tǒng)的隨機(jī)振動特性；研究軌道不平順、車體振動激擾對弓網(wǎng)系統(tǒng)隨機(jī)振動的影響規(guī)律；揭示軌道列車受電弓接觸網(wǎng)系統(tǒng)間的振動傳遞規(guī)律。（4）強(qiáng)氣流作用下高速弓網(wǎng)滑動接觸特征研究研究考慮接觸網(wǎng)和受電弓空間運(yùn)動、系統(tǒng)的彈性作用和高速氣流擾動的弓網(wǎng)系統(tǒng)耦合模型和數(shù)值仿真方法；研究強(qiáng)氣流作用下弓網(wǎng)滑動和跳動接觸的動態(tài)行為特征；研究弓網(wǎng)設(shè)計參數(shù)、接觸副廓型對弓網(wǎng)接觸特性及弓網(wǎng)接觸壓力的影響規(guī)律；研究受電弓雙向運(yùn)行的氣流差異、明線和隧道的氣流差異，以及不同氣流特征對弓網(wǎng)接觸特性及受流質(zhì)量的影響規(guī)律。 （5）高速弓網(wǎng)耦合振動特征研究研究高速弓網(wǎng)耦合系統(tǒng)中涉及的動力接觸和非線性問題的參變量數(shù)學(xué)模型；研究高速弓網(wǎng)系統(tǒng)動力學(xué)模擬所需的高效率和高精度積分算法；研究考慮具有不同拉壓剛度吊弦弓網(wǎng)系統(tǒng)的動力學(xué)非線性模擬算法；將基礎(chǔ)理論和算法整合，開發(fā)弓網(wǎng)耦合系統(tǒng)的數(shù)值模擬程序；通過數(shù)值模擬研究弓網(wǎng)系統(tǒng)的物理和幾何參數(shù)對弓網(wǎng)耦合振動特性的影響規(guī)律。（6）高速弓網(wǎng)受流電接觸特征研究弓網(wǎng)電弧發(fā)展的規(guī)律以及每一階段的宏觀與微觀特性，建立描述弓網(wǎng)電弧的動態(tài)方程和弓網(wǎng)電弧時空分布模型，揭示弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生、發(fā)展及熄滅規(guī)律；研究弓網(wǎng)高速滑動和跳動接觸行為、強(qiáng)氣流、電壓與負(fù)荷的突變等對弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生和發(fā)展的影響；研究弓網(wǎng)動態(tài)接觸壓力、接觸副廓型、弓網(wǎng)接觸斑形貌等對接觸電阻的影響，進(jìn)而研究這些因素對弓網(wǎng)受流質(zhì)量的影響規(guī)律。（7）高速弓網(wǎng)試驗測試及分析針對時速500公里運(yùn)行條件下弓網(wǎng)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能進(jìn)行測試，包括：受電弓頻響特性和跟隨性測試、弓網(wǎng)動力學(xué)匹配特性、受電弓氣動特性測試、接觸網(wǎng)振動特性測試和弓網(wǎng)受流性能測試等，獲得實際運(yùn)行的參數(shù)特性；基于測得的試驗數(shù)據(jù)，按不同的評估內(nèi)容分類研究其對高速弓網(wǎng)關(guān)系的影響，驗證弓網(wǎng)理論模型及分析結(jié)果的正確性，結(jié)合理論研究成果，合理評價弓網(wǎng)接觸壓力、硬點(diǎn)、離線率和接觸網(wǎng)抬升量等各項參數(shù)。6. 高速列車耦合條件下技術(shù)極限速度研究（1）耦合條件下氣動、輪軌以及弓網(wǎng)技術(shù)極限速度以京滬線實驗為主，并利用京津，武廣，鄭西三條線路的先期實驗結(jié)果，找到時速從200公里到500公里這一范圍內(nèi)振動特性與氣動、輪軌接觸和弓網(wǎng)特性隨速度變化的規(guī)律；發(fā)展理論模型，預(yù)測耦合條件下氣動技術(shù)極限速度、輪軌技術(shù)極限速度以及弓網(wǎng)技術(shù)極限速度。（2）大系統(tǒng)耦合條件下高速列車技術(shù)極限速度基于輪軌耦合振動對輪軌黏著特性、結(jié)構(gòu)可靠性、輪軌安全性以及蛇行失穩(wěn)的影響規(guī)律，流固耦合振動對車體結(jié)構(gòu)可靠性、氣動性能優(yōu)化、車體氣密性及氣動噪聲的影響規(guī)律，弓網(wǎng)耦合振動對受流穩(wěn)定性和弓網(wǎng)噪聲的影響規(guī)律，建立統(tǒng)一評價體系，探索大系統(tǒng)耦合條件下高速列車技術(shù)極限速度。