车-轨-桥耦合系统随机动力学高效分析的直接概率积分法

作     者：包英杰 闫凯秀 刘祥 陈国海 杨迪雄 

作者机构：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 福建理工大学土木工程学院 

出 版 物：《计算力学学报》 (Chinese Journal of Computational Mechanics)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：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 

主　　题：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 

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提出方法的精度和效率，揭示了列车脱轨概率与地震动强度之前的非线性关系，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。