随着列车运行速度的提高和运行里程的增加,轮轨力的加剧将导致轨道几何不平顺程度增大及车轮和钢轨磨耗恶化。同时,车辆悬挂特性由于磨耗、老化等原因也将发生变化。上述因素直接影响着车-轨(桥)耦合系统的动力学性能。另外,考虑到我国是一个地震多发国家,桥梁在高速铁路线路中占比的增大提高了地震发生时列车在桥上发生脱轨的可能性。因此综合考虑轮轨型面、悬挂参数、轨道不平顺和地震动等不确定性因素的影响,开展车-轨(桥)耦合系统随机动力学分析与行车安全可靠性评估具有重要的工程应用价值,可为高速列车、轨道或桥梁系统设计及改进提供参考。影响车-轨(桥)系统动力学行为及行车安全性能的不确定性因素主要有:1)轮轨型面、车辆悬挂特性等参数不确定性;2)由于小角度和小位移假设、连接元件模拟方式的不同及忽略小质量附属部件的影响,建立车-轨(桥)系统动力学模型过程中引入的模型不确定性;3)地震动作用及发生时刻的随机性。本文从车-轨(桥)耦合系统动力学模型的建立及响应求解、不确定性描述以及动力可靠性评估等方面开展车-轨(桥)耦合系统随机动力学分析与行车安全可靠性研究,具体内容包括:1)建立可以考虑接触点位置变化和钢轨振动影响的线性轮轨接触模型和线性车轨子系统运动方程。基于分离迭代方法求解车轨系统时域动力响应,应用虚拟激励法求解随机轨道不平顺影响下的车轨系统随机响应特性,获得了轮轨力和车体加速度等响应指标的功率谱密度和标准差的空间域变化曲线。通过与考虑实际轮轨型面影响的车轨耦合系统动力学模型对比,探讨线性车轨系统动力学模型的适用范围。2)针对线性车轨系统动力学模型的局限性,应用可以考虑实际轮轨型面影响的非线性轮轨接触模型,提出一种基于轮轨力预估的分离迭代方法求解车轨耦合系统动力响应。将最小二乘预估方法(WLSE)引入迭代求解过程,通过对轮轨力的高效预估与构造松弛函数,解决了常规迭代过程不易收敛和迭代次数过多等问题。相对于常规分离迭代方法,在保证计算精度的前提下提高了计算效率。3)将子集模拟法与基于轮轨力预估的分离迭代方法相结合,给出一种车轨系统动力可靠性的高效评估方法。综合考虑轮轨型面、车辆悬挂参数、轨道几何不平顺和轮轨摩擦系数等多种随机因素的影响,获得直线轨道上车辆横向平稳性指标和通过曲线轨道时车轮脱轨系数分别超出各自限度值的失效概率分布曲线。通过与直接Monte Carlo模拟对比验证了本文方法的计算精度和效率。4)基于非参数建模方法,应用随机矩阵理论分别建立车辆和轨道系统的非参数不确定性模型,研究了不同的响应指标对系统矩阵不确定性的敏感程度。非参数不确定性建模方法不需要精确区分具体的参数及其概率分布特性,仅需离散参数即可从全局表征系统的离散程度,较好地解决了由于简化、近似、或对复杂系统不精确的描述等引入的模型不确定性问题。5)建立了地震动作用下的列车/有砟轨道/大跨度桥梁耦合系统动力学模型,从动力可靠性角度,研究了地震发生时刻对大跨度桥上列车运行安全性能的影响。将子集模拟法与基于轮轨力预估的分离迭代方法相结合,高效评估列车的行车安全可靠性,综合考虑了地震动参数的随机性、地震发生时刻的不确定性以及地震动的空间变化效应,获得了多种情况下地震发生时的最不利列车位置区间。