车-轨-桥耦合系统随机动力学高效分析的直接概率积分法

来源：计算力学学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：包英杰,闫凯秀,刘祥,陈国海,杨迪雄

单位：大连理工大学 工程力学系, 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工程力学系, 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,福建理工大学 土木工程学院, 福州 350118,大连理工大学 工程力学系, 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工程力学系, 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024

摘要：在桥梁上行驶的列车与轨道共同构成车-轨-桥耦合系统,会受到轨道不平顺和极端地震荷载等随机源的影响,引发列车脱轨风险。本文考虑轨道不平顺和地震动的随机不确定性,提出了车-轨-桥耦合系统随机动力学高效分析的直接概率积分法,实现耦合系统随机动力响应和行车安全概率安全评定。首先,建立三维车-轨-桥耦合系统随机动力学模型,开展轨道不平顺和近断层随机地震动不确定性量化与表征。其次,基于概率守恒原理的积分表述,导出了刻画随机不确定性在耦合系统中传播的概率密度积分方程。通过联立耦合系统动力学方程和概率密度积分方程,发展了三维车-轨-桥耦合系统随机动力学高效分析的直接概率积分法。将脱轨系数作为行车安全评价准则,建立列车过桥安全极限状态函数,实现了列车过桥可靠性评定。最后,通过数值算例论证了本文方法的精度和效率,揭示了列车脱轨概率与地震动强度之间的非线性关系,并探究了近断层地震动速度脉冲对列车脱轨概率的影响规律。

关键词：车-轨-桥耦合系统,多源随机性,随机过程,动力可靠度,脱轨概率,直接概率积分法,

基金资助：国家自然科学基金(12102080;12032008);中央高校基本科研业务费(DUT23RC(3)038)资助项目.