真空管磁浮交通线路线形设计优化方法与流程

技术特征：
1.真空管磁浮交通线路线形设计优化方法，其特征在于：所述线形包括直线、圆曲线、缓和曲线，拟定若干线形组合作为设计方案，所述线形组合包括连续的不同线形；所述方法包括：建立车辆运动受力分析模型，获得任意线形的导向力、悬浮力计算公式；根据车辆参数及不同线形的线形特征参数，计算不同线形的导向力、悬浮力；根据导向力、悬浮力的计算结果，选取变化较为平缓的线形组合，对不同线形的线形特征参数进行优化；建立车辆与导轨梁动力相互作用模型，计算各个线形组合的动力响应指标；比较各个线形组合的动力响应指标和统计分布特征，获得最优的线形组合。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：建立车辆运动受力分析模型，获得任意线形的导向力、悬浮力计算公式，包括：将车辆简化为绕前进方向纵轴转动的刚体，由质心运动定理及对质心的动量矩定理可得车辆运动受力分析模型，根据车辆运动受力分析模型推导出导向力、悬浮力计算公式。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：导向力计算公式为：悬浮力计算公式为：悬浮力计算公式为：式中：f
d
为轮对所受沿轨顶面的侧向导向力；m为整车质量；d为质心到轨顶面的距离；h为实设超高值；r
s
为竖曲线半径；k
s
为竖曲线曲率；g为重力加速度；s为轨距；k
p
为平面曲线曲率；v为车辆行驶速度；f
c1
、f
c2
为内、外侧车轮所受垂直于轨顶面的悬浮力；ρ0为整车对质心的惯性半径。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：根据导向力、悬浮力的计算结果，选取变化较为平缓的线形组合，对不同线形的线形特
征参数进行优化，包括：选取变化较为平缓的线形组合；由导向力和悬浮力的固定阈值，反算得到圆曲线半径、缓和曲线长度的取值，实现线形特征参数的优化。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：车辆与导轨梁动力相互作用模型包括车辆动力学模型和导轨梁动力学模型；将车体、转向架、磁铁装置均考虑为刚体，悬挂系统近似为弹簧阻尼元件，每个刚体考虑沉浮、点头、横移、摇头及侧滚运动，基于多刚体动力学理论建立车辆运动方程，并考虑线形和轨道不平顺产生的附加力作用，得到车辆动力学模型；在考虑结构参振影响基础上采用模态法或有限元法建立梁振动方程，得到导轨梁动力学模型；基于试验和磁场分析建立悬浮间隙与悬浮力之间、以及导向间隙与导向力之间的数学关系，将车辆动力学模型与导轨梁动力学模型联系起来，车辆与导轨动力相互作用系统运动方程采用交叉迭代的数值积分进行求解，从而得到车辆与导轨梁动力相互作用模型。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：计算各个线形组合的动力响应指标，包括：运用车辆与导轨梁动力相互作用模型，计算各个线形组合的动力响应指标，动力响应指标包括车体振动加速度、悬浮力、导向力、悬浮间隙、导向间隙、导轨梁变形、导轨梁振动加速度。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：比较各个线形组合的动力响应指标和统计分布特征，获得最优的线形组合，包括：统计分析各个线形组合的动力响应指标时程结果，得到组合中不同区段各指标的统计分布特征，包括最值、平均值、标准差、99％概率值、95％概率值；比较各个线形组合的动力响应指标和统计分布特征，将统计分布特征值最小、动力性能最好的线形组合作为最优的线形组合。

技术总结
本发明涉及一种真空管磁浮交通线路线形设计优化方法。现有设计体系无法满足超高速真空管磁浮交通线路设计要求。本方法建立车辆运动受力分析模型，获得任意线形的导向力、悬浮力计算公式；根据车辆参数及不同线形的线形特征参数，计算不同线形的导向力、悬浮力；选取变化较为平缓的线形组合，对不同线形的线形特征参数进行优化；建立车辆与导轨梁动力相互作用模型，计算各个线形组合的动力响应指标；比较各个线形组合的动力响应指标和统计分布特征，获得最优的线形组合。本方法能准确考虑超高速运行条件下舒适性和安全性变化规律，实现真空管磁浮交通线路参数确定和设计方案优化，为超高速真空管磁浮交通工程化应用提供保障。高速真空管磁浮交通工程化应用提供保障。高速真空管磁浮交通工程化应用提供保障。


技术研发人员：王飞 时瑾 刘超 杨嘉岳 韩振江 张蕾 崔胜男 郭牧凡 吴昊 曲士荣 青云毅 何源
受保护的技术使用者：中铁第一勘察设计院集团有限公司
技术研发日：2022.08.24
技术公布日：2022/12/12