考虑车轨耦合振动激励的高铁扣件弹条疲劳寿命高效预测方法

来源：振动与冲击杂志2025年第21期北京时间：

作者：唐培洋，罗俊jluo99@swjtu，朱胜阳，翟婉明

单位：西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室，成都610031

摘要：高速铁路扣件弹条在长期运营过程中出现了疲劳断裂现象，为了建立一种弹条疲劳寿命高效预测方法，首先基于模态叠加理论提取有限阶振型构建预应力状态下弹条空间变曲率梁动力学模型，并结合弹条参数化方程与粒子群优化算法，采用线性约束刚度取代传统实体模型弹条与轨道结构多层界面非线性接触关系，然后应用车辆－轨道空间耦合动力学模型计算用于输入弹条动力学模型的振动激励，最后基于疲劳累积损伤理论实现弹条疲劳寿命的高效预测。研究结果表明：构建的高速铁路扣件弹条疲劳寿命高效预测模型，显著提高了计算效率，具有良好的数值收敛性；弹条疲劳断裂主要由于激励频率与弹条的第二阶固有频率接近，从而引发共振现象，且弹条跟端附近是疲劳断裂的高危区域；为保证高速铁路弹条500万次疲劳寿命的设计要求，建议250、300、350、400 km/h四个速度等级下的车轮多边形幅值应分别控制在0.036、0.056、0.046、0.065 mm以内。<br>

关键词：高速铁路；扣件弹条；粒子群优化；车辆－轨道耦合动力学；模态叠加法；疲劳寿命