国家重点实验室评估申请书.pdf

实验室代码 1991DA105597验收日期 1996 年 上次评估日期 2008 年 上次评估成绩 优秀 国国 家家 重重 点点 实实 验验 室室 评评 估估 申申 请请 书书 实验室名称：实验室名称：牵引动力国家重点实验室 实验室主任：实验室主任：张卫华 学术委员会主任：学术委员会主任：刘友梅 依托单位名称：依托单位名称：西南交通大学 通讯地址：通讯地址：四川省成都市二环路北一段 111 号 邮政编码：邮政编码：610031 联系电话：联系电话：（028）87600867 传真：（传真：（028）87600868 E-mail 地址：地址： 2013 年 2 月 3 日填报 2011 年 11 月制表第 2 页 共 86 页 一、简一、简 表表 名 称 牵引动力国家重点实验室 代码 334791590 批准日期 1989 年 验收日期1996 年 上次评估日期和成绩：2008 年优秀 实验室 开放运行和基本科研业务费 5744 万元 国家 部门 设备更新费 2495 万元 国家 部门 姓 名 张卫华 出生日期1961 年 4 月民 族 汉族 职 称 教授 学科专长机车车辆系统动力学及设计理论 实验室 主任 职 务 最后学位A.博士 B.硕士 C.学士 姓 名 刘友梅 出生日期1938 年 1 月民 族 汉族 职 称 院士 学科专长电力机车 学委会 主任 职 务 最后学位A.博士 B.硕士 C.学士 名 称 西南交通大学 主管部门 教育部 性 质 A.高等院校 B.科研单位 C.其他邮政编码 610031 依托 单位 详细地址 四川省成都市二环路北一段 111 号 序号 成 果 名 称 成果类型 是否涉密第 1 项 高速列车耦合大系统动力学理论及应用 应用基础类 否 第 2 项 列车轨道桥梁动态相互作用理论及工程应用 应用基础类 否 第 3 项 机车车辆结构可靠性研究 应用基础类 否 第 4 项 高速列车检测技术研究 应用基础类 否 代 表 性 研 究 成 果 第 5 项 磁浮列车与磁浮技术研究 应用基础类 否 承担任务研究经费 获奖情况 国家级（项）队伍建设 和人才培养 对外开放交流 依托 单位 自然科学 奖 科技进步 奖 技术发明奖五年实到总经费 国 家 级 任 务 25 项 任 务 人均承担科研任务 万元/人一等奖 一等奖 一等奖国际机构任职国家杰出青年创新研究群体百千万人才国家特聘专家开放课题总数承办 学术 会议 次数 国际合作项目数实验室面积经费投入 1 万元 万元 占总经费%万元 占总经费%人均 国家级任务 二等奖 二等奖 二等奖人数人数个数人数人数国内国际性 地区、双边 全国性 科研计划平方米万元38157 21443 56 19090 50 553 310 2 86 1 3 434 1 6 5 24800 12000 第 3 页 共 86 页 简表填写说明 1.代表性研究成果按基础研究、应用基础研究和基础性工作分类。代表性成果是指评估期限内在重点实验室主要研究方向上，以重点实验室为基地、重点实验室固定人员为主产生的重大科研成果。国内外合作研究的重大成果以适当权重考虑。代表性成果应是针对某个具体科技问题取得的重要科研系列进展，名称表述应明确、具体，而不是某研究方向上关联度不高的成果的汇总和拼盘。2.国家级任务是指 973、863、国家科技重大专项、科技支撑计划（原攻关计划）、国防预研、国家自然科学基金、国际合作项目、国家重大工程任务（包括和集团公司、大型企业的合作）、公益性行业科研专项等。3.队伍建设栏中“国际机构任职”指实验室固定人员在国际学术组织和学术刊物任职的人数（不得重复填报）。“国家特聘专家”指实验室在中组部、国家人事部“千人计划”的基础上自 2010 年起遴选出的国家特聘专家。4.对外开放交流栏中国际合作科研计划是指实验室参与国际重大科学研究计划（指双方单位之间正式签订协议书的国际合作科研项目）的项目数。第 4 页 共 86 页 二、研究水平与贡献二、研究水平与贡献 1、总体定位和研究方向、总体定位和研究方向 1.1 实验室简介 1.1 实验室简介 牵引动力国家重点实验室于 1989 年批准立项建设，1996 年通过国家验收。于2003年和2008年参加实验室评估，并连续两次获得优秀国家重点实验室殊荣，2008 年的实验室评估专家认为实验室构建了轨道交通装备现代化发展的应用基础研究平台，有力地支撑了我国铁路提速和高速的发展，在学科发展和赶超世界先进水平方面发挥了重要的引领和示范作用。牵引动力国家重点实验室依托于西南交通大学，学术委员会主任为刘友梅院士，实验室主任为张卫华教授。实验室自建立以来，共主持获得国家科技进步一等奖 2 项、二等奖 2 项，国家自然科学二等奖 1 项，所支撑的交通运输工程学科在 2003 年、2008 年和 2012 年全国学科评估中排名第一。以实验室为依托的“高速列车运行安全的关键科学技术问题研究”获得国家自然基金委创新群体，“现代轨道车辆及其相关技术”入选教育部首批创新团队，在交通领域均是第一个入选；2011 年“高速轮轨系统理论及技术”入选教育部创新团队，同年，实验室被科技部授予“十一五国家科技计划执行优秀团队奖”。实验室已形成了一支以院士、长江学者为学术带头人、老中青相结合的高素质研究队伍，现有教职工 69 名，其中教授（研究员）41 名、副教授（副研究员和高工）21名，博士生指导教师 28 名。在固定人员中有院士 3 名，长江学者特聘教授 3 名，国家杰出青年基金获得者 6 名，国家教学名师 1 名，跨（新）世纪优秀人才培养基金获得者 16 名，全国优秀百篇博士论文获得者 5 名，国家“百千万人才工程”人选 3 名。近五年来，实验室主持承担了国家重大基础研究项目（973 计划）“高速列车安全服役关键基础问题研究”和“高速铁路基础结构动态性能演变及服役安全基础研究”，承担国家 973 计划课题 8 项，国家 863 计划课题 23 项，国家科技支撑计划课题 21 项，国家自然科学基金项目 61 项（其中创新研究群体基金 1 项，杰出青年基金 4 项，重点项目 2 项），教育部、铁道部、四川省等课题 93 项，科研总经费超过 2.8 亿元。作为第 2 承担单位和第 2 获奖人获得国家科技进步一等第 5 页 共 86 页 奖 1 项，主持获得国家科技进步二等奖 1 项，以第 1 承担单位和第 6 获奖人获得国家科技进步二等奖 1 项;获得四川省科技进步一等奖 3 项、二等奖 1 项，教育部自然科学奖二等奖 2 项；获得中国铁道学会科学技术特等奖 3 项、一等奖 3项。新增中国科学院院士 1 名，国家杰出青年基金获得者 2 人，“百千万人才工程”国家级人选 1 人，教育部新世纪优秀人才 4 人，四川省突出贡献专家 2 人。新增教育部创新团队 1 个，获全国百篇优秀博士论文提名论文 1 篇。1 人荣获第九届“光华工程科技奖”。实验室在科技部、教育部、行业主管部门铁道部和依托单位西南交通大学的大力支撑下，在试验平台建设方面取得成效。作为一个工程类实验室，实验室重视设备建设，结合以本实验室为基础建设的轨道交通国家实验室的建设计划，自主研发了一整套机车车辆试验研究装备，包括：时速 600 公里机车车辆运行模拟试验台、轮轨关系研究实验平台、弓网关系研究实验平台、结构振动和可靠性实验平台等高速列车基础研究实验平台，以及高速列车服役性能实验研究平台和高速列车数字化仿真平台等一批重要的试验设备和分析计算软件，建设经费超过 4亿元。实验室是国家认可（CNAS）单位。实验室根据研究方向和人才结构的特点，在实验室内部研究力量有机组合的同时，在公共研究方向上与机械学院和电气学院建立联合研究所，共同进行建设和管理。目前实验室下设 8 个研究机构：基础研究部/试验事业部 机车车辆研究所 列车与线路研究所 超导技术研究所 工程安全及可靠性研究所 铁道电气化自动化研究所（联合研究所）摩擦学研究所（联合研究所）空气动力学研究所（联合研究所）1.2 总体定位与目标 1.2 总体定位与目标 实验室旨在瞄准轨道交通领域的国际前沿，把握世界轨道交通技术发展趋势，构建支撑轨道交通装备现代化发展的基础研究平台。以高速、重载列车和城第 6 页 共 86 页 市轨道车辆为核心，开展基础理论研究、关键技术创新和系统集成创新三个层面的研究，为现代轨道交通的发展提供基础理论和创新技术支持。将实验室建设成为国际知名的、具有持续创新能力的轨道交通车辆研究中心和高层次人才的培养基地，成为国家轨道交通技术创新体系的重要组成部分。1.3 主要研究方向 1.3 主要研究方向 实验室面向铁路、城市轨道及磁浮交通等现代轨道交通，从事轮轨关系、弓网关系、流固耦合关系和机电耦合关系等基础研究，开展轨道车辆设计理论、动力学及强度可靠性研究，进行新型轨道车辆和牵引传动等新技术开发，开展检测和试验技术研究，进行机车车辆整车和零部件的试验研究。具体研究方向如下：1）机车车辆设计理论与结构可靠性 1）机车车辆设计理论与结构可靠性 以高速重载铁路和新型城市轨道交通车辆为研究核心，在开发机车车辆数字化设计平台的基础上，进行机车车辆（含动车组）结构创新设计、参数优化设计，实现机车车辆动力学性能的优化，提高机车车辆系统的结构疲劳可靠性。2）机车车辆耦合系统动力学与控制 2）机车车辆耦合系统动力学与控制 以列车为研究单元，研究列车的运动行为和动力学性能，掌握列车运行与线路、接触网、供电系统、气流和环境的相互作用关系，实现高速列车系统动力学性能的优化和控制，保证其良好的轮轨关系、弓网关系、流固耦合关系、机电耦合关系和环境耦合关系，实现系统的全局控制。3）悬浮列车技术（含超高速真空管道悬浮交通）3）悬浮列车技术（含超高速真空管道悬浮交通）以中低速悬浮列车为主，研究悬浮列车走行技术，进行悬浮列车的走行部和车体结构创新设计，开展悬浮列车线路悬浮导向控制耦合系统动力学研究，研究系统的优化和悬浮导向控制策略。开展高温超导磁浮技术的基础理论与应用研究，研究将同时辐射到高速悬浮列车，并开展超高速真空管道悬浮交通的先导性研究。4）摩擦学理论及应用 4）摩擦学理论及应用 针对轨道交通领域业已存在的微动摩擦问题，研究不同微动形式和载荷特征下的微动摩擦磨损和微动疲劳问题。以摩擦学理论为基础，研究轮轴的配合，轮轨型面、材料和硬度匹配，轮轨蠕滑特性和动态黏着机理。5）牵引供电、传动与控制 5）牵引供电、传动与控制 第 7 页 共 86 页 以电力牵引、供电为研究主体，研究不同轨道交通领域（铁路、城轨和磁悬浮）的供电和综合监控技术。研究动车组和大功率机车的牵引传动技术和网络控制技术，探索燃料电池、无变压器、无传动箱等新型的牵引传动技术。6）检测与试验技术 6）检测与试验技术 研究符合轨道交通特点的检测技术，包括基于无线网络传输的检测技术、连续测力轮对等关键技术，实现对轨道车辆、轮轨关系和弓网关系的在线检测。研究轨道车辆的整车和零部件的台架试验方法，线路综合试验和运行跟踪试验方法，基于状态修的维修规程。1.4 实验室的优势和特色 1.4 实验室的优势和特色 牵引动力实验室是轨道交通领域第一个国家重点实验室，自建成以来，一直紧密结合国家轨道交通的发展需求，以铁路高速、重载和城市轨道交通建设的重大工程问题为背景开展研究。实验室的研究来源于工程，升华于工程，成长于工程，服务于工程。实验室以平台建设为先行，理论研究为基础，团队建设为根本，技术创新为核心，服务于现代轨道交通，逐步形成“大平台大团队大项目大作品大成果”的发展格局，成为实验室建设的鲜明特色。实验室以轮轨耦合关系、弓网耦合关系、流固耦合关系和机电耦合关系研究为基础，以机车车辆应用为核心，理论分析、虚拟仿真和实物模拟为研究手段，在轨道车辆结构设计、系统动力学和结构可靠性等研究方面已形成优势。（1）研究平台优势（1）研究平台优势 试验装备决定了研究水平。作为一个工程类实验室，建设试验研究平台成为实验室建设的首要工作。以牵引动力实验室为基础，依托铁道部投资进行了轨道交通国家实验室（筹）的建设。根据铁道部所要求的“以高速列车为核心，开展高速列车动力学、高速轮轨关系、高速弓网关系和高速列车运行安全等的基础理论和应用基础理论研究”的建设目标，旨在构建我国机车车辆设计-制造-运用-维护全寿命周期的动力学性能研究与试验体系。根据建设目标以及高速列车基础理论研究和创新研究的系统性、试验性和实践性的要求，建设了三个平台，包括：高速列车基础研究实验平台、高速列车数字化仿真平台和高速列车服役性能实验研究平台。第 8 页 共 86 页 1）高速列车基础研究实验平台 1）高速列车基础研究实验平台 该平台的建设主要包括5个子系统：一是机车车辆性能模拟系统：对原有的机车车辆六轴滚动振动试验台进行600km/h高速化和1900kW轴功率的牵引传动系统大功率改造，以满足我国高速动车组和大功率重载机车基础理论研究的试验要求。新改造的试验台可进行轮轨相互作用机制、机车车辆及高速动车组动力学、转向架结构技术、交流牵引传动技术、高速黏着控制等方面的研究。建立具有曲线、双线、隧道、环境、侧风、脱轨、气动噪声等模拟功能的多功能高速列车运行模拟实验台，可进行多相流作用下的列车空气动力学、会车和隧道通过模拟、风致振动及安全性、脱轨状态、脱轨后列车运行姿态模拟和气动噪声等实验研究。创建集振动、噪声、温度、湿度、照度和车内压力等物理量变化的高速列车综合舒适度试验台，可完成单因素、多因素和综合因素下的旅客乘坐舒适度状态研究和评定。加上已经建设的机车车辆综合参数试验台，形成完整的铁路机车车辆动力学参数、性能测试和优化平台。二是轮轨关系实验系统：建立轮轨关系和车-线耦合关系实验系统，包括轮轨滚动行为模拟实验台、车-线耦合关系实验台和脱轨机理实验台。可开展轮轨滚动接触疲劳机理、轮轨磨损和波浪形磨耗机理、高速脱轨机理、轮轨几何型面匹配、轮轨三维弹塑性滚动接触理论和实验验证等研究，实现轨道动力学参数识别及优化，再现轨道结构长期服役行为和失效过程。三是弓网关系实验系统：建立高速弓网关系基础研究实验系统，包括弓网系统动力学性能模拟实验台、弓网载流摩擦磨损机理实验台和弓网受流电接触特性实验台。可开展弓网相互作用机理、弓网耦合系统动力学、弓网载流摩擦磨损机理、动态运动条件下的电接触特性以及机电耦合关系的研究。四是结构振动和可靠性实验系统：建立用于车体、转向架和轮对及其零部件结构振动和仿真加载疲劳特性实验台，并和材料性能实验设备（高频疲劳试验机、超长寿命疲劳试验机和微动疲劳试验机等）一起，构建结构可靠性的理论分析和评估体系。其中转向架疲劳试验台动载加载通道达到24个；轮对试验台实现60的环境模拟；车体疲劳试验台可同时实现集中力、振动惯性力和气密性力复合加载，开创了车体疲劳试验最新技术。可开展车体/构架/轮对结构振动特性研究、第 9 页 共 86 页 结构振动模态和动车组系统动力学性能及疲劳强度性能关系研究、结构件的仿真加载疲劳实验方法及评价标准研究、关键部件材料疲劳和微动疲劳特性研究、结构可靠性和寿命预测技术等研究。五是材料损伤微观分析平台：构建包括三维表面形貌仪、扫描电子显微镜和电子探针等设备组成的材料微观分析平台。可开展轮轨/弓网接触表面摩擦磨损失效、结构疲劳失效的损伤微观形貌分析、表面损伤的材料成分与状态分析。2）高速列车数字化仿真平台 2）高速列车数字化仿真平台 该平台紧密围绕高速列车虚拟样机及运行性能，以解决高速列车在研发过程与运行过程的基础问题为目标，研究和构造以高速列车为核心的数字化仿真平台。该平台建设包括：高速列车虚拟样机、线路和接触网等固定设备的虚拟环境系统、牵引供电和运行控制的虚拟运行条件模拟系统、高速列车虚拟运行仿真系统、以京沪高速铁路为背景的高速列车和运行环境基础数据库。可开展高速列车的动态行为表征、高速列车运行安全性分析、高速列车与线路相互作用及系统优化、高速列车与接触网的相互作用及系统优化、高速列车与供电系统的相互作用及系统优化、列车驾驶与乘坐综合舒适性等研究。3）高速列车服役性能实验研究平台 3）高速列车服役性能实验研究平台 该平台具有掌握时空同步的列车和固定设备动态响应和满足长期跟踪监测的能力。通过开发不破坏运营列车结构和不影响运行安全性的无线检测技术，分别从车上和车下开展长期监测，以获得完整的、同步的系统响应信息。其中车上测量系统分别完成轨道状态、轮轨接触状态、气流状态、接触网状态、列车振动及服役性能的数据获取；车下测量系统分别完成高速列车运行状态，及高速列车对线路、桥梁、接触网、供电系统和环境作用状态的获取,并进行数据的无线传输、处理及评估。利用该平台，通过获得高速列车动态响应以及线桥、供电等耦合系统动态响应，建立起高速列车与固定设备在力和电等方面的耦合作用关系，以掌握高速列车动力学性能和轮轨、弓网、流固及机电耦合关系，并实现对高速列车系统动力学参数及模型的辨识和验证；通过长期的运用和监测，对高速列车及其线桥隧、供电等耦合系统进行服役性能历史评估，掌握在服役过程中参数和性能的演变规律。这些先进的甚至是独一无二的试验研究平台的成功构建，不仅为机车车辆的第 10 页 共 86 页 研究，特别是高速列车创新发展，提供了强有力的手段，同时也吸引和稳定优秀青年科学家到实验室工作。（2）人才与团队优势（2）人才与团队优势 人是决定一切的因素。实验室注重高层次人才队伍的培养和创新团队的建设。实验室先后培养出 3 位院士（中国科学院和工程院院士沈志云、中国工程院院士钱清泉、中国科学院院士翟婉明），长江学者特聘教授 4 名，国家杰出青年基金获得者 6 名，全国优秀百篇博士论文获得者 4 名，新（跨）世纪优秀人才培养基金获得者 16 名。有 13 位国际刊物编委和 44 位国内刊物编委（含主编）。优秀中青年学术骨干已成为实验室的脊梁。实验室在发挥每一位教师个体能力的同时，注重打造在学科建设和学科研究中自然形成的创新团队。以“高速列车运行安全的关键科学技术问题研究”为背景，形成了国家自然科学基金创新研究群体（机械领域高校第一个）；在“现代轨道车辆及其相关技术”方面形成了教育部创新团队（交通领域第一个），在“高速轮轨系统理论及技术”方面形成新的教育部创新团队。正是创新团队的大兵团作战，承担了大量国家和省部级的重大科研项目，并被科技部授予“十一五”国家科技计划执行优秀团队奖。（3）国家级任务优势（3）国家级任务优势 由于实验室在试验平台、科研队伍和研究水平上的优势，近 5 年来承担了大批的国家级科研任务，尤其是在高速列车的研究上，涉及基础研究、技术创新和试验研究等多个方面。在高速列车的基础理论研究方面，主持承担了国家“973”计划项目“高速列车安全服役关键基础问题研究”（经费 3330 万元），国家“973”计划课题“时速 500 公里条件下高速列车轮轨接触行为与粘着机理研究”（经费 259 万元），国家自然科学基金重点项目“高速轨道交通若干基础力学问题研究”（经费 140 万元）和“高速列车轮轨接触与粘着行为和磨耗机理研究”（经费 270 万元）等重要课题，开展了高速列车大系统动力学、高速轮轨滚动失效机制、高速弓网载流滑动失效机制、高速脱轨机理及控制、轮轨粘着及磨耗机理等基础理论研究，为高速列车的安全服役提供了科学依据。在技术创新研究方面，承担了国家科技支撑计划项目“中国高速列车关键技第 11 页 共 86 页 术研究及装备研制”的“共性基础及系统集成技术”研究课题（经费 8702 万元）、“高速转向架技术”（经费 730 万元）、“高速列车牵引传动与制动系统”（经费1229 万元），国家“863”计划项目“高速列车谱系化模块构建与集成设计关键技术”（经费 562.8 万元）、“高速铁路减振降噪关键技术”（经费 1003 万元）等课题，深入开展了高速列车轮轨、弓网、流固、机电等耦合关系的匹配，高速转向架动力学性能，牵引制动性能，模块化设计和集成技术，以及减振降噪等关键技术研究，支撑了高速列车各子系统的创新设计，为高速列车的运行性能提供了保证。在试验研究方面，承担了铁道部科技计划项目“高速列车服役性能跟踪试验方法深化研究”（经费 80 万元）和“高速列车走行部运行可靠性试验”（经费 150万元），以及与南车四方机车车辆股份有限公司和北车长春轨道客车股份公司的关于 CHR2-300、CRH380A、CRH380B 等高速列车的台架试验和线路运行跟踪试验（合作经费超过 3000 万元），通过试验研究，掌握了高速列车动力学性能的演变规律，进行了关键参数和性能优化以及故障状态安全评估，为高速列车的安全运行提供了保证。（4）科研成果优势（4）科研成果优势 大项目产生大作品。实验室在围绕铁路系统的动力学研究成果，曾主持获得国家科技进步一等奖 2 项、二等奖 2 项，国家自然科学二等奖 1 项。在最近的五年，实验室在国家 973 计划、863 计划、科技支撑计划项目等一批重大项目支持下，在轨道交通国家实验室的研究平台建设下，围绕机车车辆设计-制造-运用-维护全寿命周期的动力学性能研究与试验体系建设又取得一批好的成果：建立了高速列车耦合大系统动力学研究体系，完成在线路、弓网、供电、气流等运行环境耦合条件的高速列车（机车车辆）动力学仿真平台建设，实现机车车辆精确的动力学性能设计和轮轨、弓网、流固、机电耦合关系的设计。完成了高速列车基础研究平台建设，围绕机车车辆动力学性能、高速轮轨关系、弓网关系和结构可靠性，建设了一批试验研究装备。完成了高速列车服役性能研究试验平台建设，为了运营列车的跟踪试验，开发基于无线检测网和 GPS 时空定位的高速列车车载和地面检修平台。第 12 页 共 86 页 同时研制出高压载流条件下的弓网和供电系统的状态检测装备。完成了成果“列车轨道桥梁动态相互作用理论及工程应用”为我国高速铁路桥梁的设计和安全评估提供了重要支撑作用。配合高速列车主机厂完成时速 350 公里新一代高速动车组 CRH380A、CRH380BL，以及时速 400 公里高速综合检测列车和更高速度（500km/h）试验列车的研制。在实验室自主课题资助下，研制成功我国第一辆氢燃料电池电动机车，第一辆在封闭曲线轨道上连续运行的载人高温超导磁悬浮车辆。5 年来，实验室获得国家科技进步一等奖 1 项（排名第二）、二等奖 2 项。丰硕的科研成果不仅极大地激励了实验室教师，也为实验室带来了更多的发展机遇，促进了“大平台大团队大项目大作品大成果”的良性发展。（5）基础研究优势（5）基础研究优势 实验室十分重视基础研究，并把基础研究成果运用到技术创新之中。实验室在高速列车耦合大系统动力学、轮轨关系、弓网关系、流固关系、结构可靠性、高温超导磁悬浮等基础研究方面均取得了重要进展。提出并发展考虑线路、接触网、供电和气流对高速列车动力学行为影响的高速列车耦合大系统动力学理论体系，并开展相关耦合问题的研究。在车辆系统动力学方面，研究了高速车辆蛇行失稳形式以及转向架主要悬挂和结构参数与一次蛇行和二次蛇行失稳的关系；开展了蛇行稳定性判定方法研究，并提出蛇行稳定性的判别方法；基于车辆系统运动稳定性理论，进行了多参数优化匹配，掌握了高速车辆悬挂参数和轮轨关系与临界速度之间的相互影响关系。在轮轨关系和车线桥耦合动力学方面，基于车辆轨道耦合动力学、轮轨材料摩擦磨损和改进的三维非赫兹滚动接触理论，建立了完整的钢轨波磨理论计算模型和数值方法；结合粗糙度理论、弹流理论，研究了轮轨高速滚动条件下影响轮轨黏着效果的关键因素和黏着规律；建立了基于车辆轨道耦合动力学的复杂环境下列车脱轨模型，得到高速列车的安全运行界限；建立了一套完整的列车轨道桥梁动力相互作用理论分析方法，研制了大型仿真分析系统 TTBSIM，提出了高速列车过桥动态安全评估方法。在弓网耦合关系和流固耦合关系方面，建立了弓网柔性耦合系统动力学模型，开展了长编组高速列车双弓受流弓网振动性能研究，提出第 13 页 共 86 页 了最优双弓间距计算公式；开展了受电弓主动振动控制研究，提出了最优控制策略；基于列车动力学和空气动力学理论，建立了高速列车流固耦合计算模型，进行了高速铁路线间距、站台间距、车站风屏障等对高速列车运行安全性的影响，确定了安全限值；开展了侧风下高速列车气动载荷与风向角的关系，平地、高堤坝、桥梁上高速列车安全性等研究，得到了高速列车在平地、路堤及桥梁上的运行安全域以及明线侧风下列车运行安全域。在结构可靠性方面，建立了高速列车铝合金材料循环本构关系，掌握了铝合金的动态力学性能；进行了铝合金的弯曲微动疲劳研究，建立了弯曲微动疲劳 S-N 曲线；研究了考虑棘轮效应的非比例多轴应力疲劳失效问题，提出了应变疲劳可靠性和超长疲劳寿命可靠性分析方法。在高温超导磁悬浮方面，开展了高温超导磁悬浮理论研究，建立了高温超导磁悬浮三维理论计算模型；开展了高温超导块材磁体悬浮系统的振动特性、高温超导体交流损耗及其热学稳定性研究，提出了提高高温超导磁悬浮系统稳定性的方法。五年来，共发表 SCI 检索论文 107 篇，被引用总计 280 余次。有 13 人次担任国际学术刊物的编委。理论研究成果在实际工程中得到很好应用，尤其为高速列车的研制及安全运行方面提供了重要的理论支撑作用。围绕空气动力学，承担的铁道部标准起草 5 项；围绕铁路机车车辆台架试验，起草国家标准 1 项。（6）学科的优势（6）学科的优势 实验室现覆盖的学科包括“载运工具运用工程”、“车辆工程”、“机械设计及理论”、“电力系统及其自动化”和“力学”，涉及到“交通运输工程”、“机械工程”、“电气工程”和“力学”4 个一级学科。实验室齐全的学科门类和专业方向，为全面进行以“车”为核心的轨道交通研究提供了可能。实验室从以“力学”学科为主的轮轨、弓网和流固耦合关系等基础科学研究，到以“车辆工程”学科为主的机车车辆研发和以“电力系统及其自动化”学科为主的牵引供电技术创新，最后到以“载运工具运用工程”学科为主的机车车辆运行和维护。使实验室具有从理论、设计、试验、运行到维护的完整研究能力和承担大型项目的能力。正是这样的多学科交叉和融合优势，实验室承担我国高速铁路的科学研究性试验研究任务“高速列车耦合大系统动力学研究”，把高速列车、线路、接触网、供电和气流作为耦合大系统，开展多学科的系统性试验研究；另外还开展了磁悬浮第 14 页 共 86 页 交通，特别是基于高温超导技术真空管道磁悬浮交通等前瞻性研究。目前，实验室覆盖的“载运工具运用工程”、“车辆工程”、“机械设计及理论”和“电力系统及其自动化”4 个二级学科均为国家级重点学科，“交通运输工程”和“机械工程”为国家一级重点学科，其中交通运输工程学科在刚刚发布的新一轮国家学科评估中名列第一，这些也充分反映出实验室的整体学科优势。（7）实验室国家认可（CNAS）的优势（7）实验室国家认可（CNAS）的优势 实验室国家认可是中国合格评定国家认可委员会（CNAS）依据国家相关的法律法规和国际规范开展的国际认可工作，它所遵循的原则：客观公正、科学规范、权威信誉、廉洁高效。通过认可的实验室不仅表明实验室具有其专业领域检测/校准任务的能力，同时也为社会提供的检测数据和检测报告具有更强的可信度。由于实验室国家认可在检验质量控制程序上有严格的规定，因此，认可工作可使实验室管理标准化、规范化，并将全面提高全员素质。实验室的检测工作可获得签署互认协议方国家和地区认可机构的承认，这不仅使实验室所进行的检测达到“一次检测/校准，全球承认”，同时使实验室有机会参与国际间合格评定机构认可双边、多边合作交流，提高实验室的知名度。实验室针对铁路技术的发展和检测工作的需求，在取得计量认证的同时，申请了实验室国家认可，并于 2006 年获得批准，2009 年和 2012 年均通过三年一次的复评审。国家认可资质的获得，使实验室的管理工作更加规范有序，这大大增强了实验室的检测水平和对外服务的能力，提高了国际竞争力，在对外研究和检测服务的质量方面形成优势。1.5 在国家科技发展中的作用 1.5 在国家科技发展中的作用 国家中长期科学和技术发展规划纲要 把交通运输列为重点领域，把高速轨道交通列为优先主题。为了实现和谐铁路建设，推进我国铁路快速发展，国务院批准实施中长期铁路网规划，到 2020 年我国将兴建“四纵四横”铁路客运专线和三个城际快速客运系统，总里程达 1.8 万公里。其中，2008 年开通的京津、胶济和合宁，2009 年开通的石太、合武、达成、温福、甬台温和武广，2010年开通的郑西、福夏、沪杭和宜万，2011 年开通的京沪和广深港的广深段，合计 6127 公里。2012 年有约 3500 公里高铁通车，包括哈大、京石、石武、津秦、宁杭和杭甬等。开通运行的城际铁路包括京津、成灌、沪宁、昌九、海南东环和第 15 页 共 86 页 广珠，共 1143 公里。到 2012 年底，我国投入运营的高速铁路已近 1 万公里，高速铁路里程为世界之最。2012 年 6 月底，我国拥有动车组 820 列，日常动车组上线 500 列左右，开行 1580 列左右的列车。高速、正点、环保和公交化的高速列车已经成为中国人出行青睐的交通方式。十八大报告中将高速铁路与载人航天、探月工程等作为创新型国家建设的“重大突破”。高速铁路是落实科学发展、加快转变经济发展方式的成功典范，也是新中国成立以来最伟大的工程之一，是工程科技为人民服务的旗帜，是工程科技创新的丰碑。实验室在其中担当起支撑我国高速列车再创新的重任。（1）高速列车耦合大系统动力学支撑我国高速铁路耦合关系的优化（1）高速列车耦合大系统动力学支撑我国高速铁路耦合关系的优化 我国高速铁路的迅速发展和新一代高速动车组的研制成功，使我国高速铁路技术走到世界高速铁路的前列。然而，这些成果的取得，离不开全面的基础研究和应用。高速列车的运行，不仅受到线路扰动对列车运行安全性和舒适性的影响，还受到弓网耦合振动离线带来受流不稳定的影响，同时还受到气流作用带来的阻力、噪声问题，特别是气流作用对列车运行安全性的影响。因此，考虑与线路、接触网和气流耦合的高速列车耦合大系统动力学研究是十分必要的。铁道部运输局根据高速列车运营的需要，委托牵引动力国家重点实验室进行相关针对性研究，研究取得重要的进展，并直接应用于工程实践。其中包括：1）列车与站台间距的研究。通过高速列车耦合大系统动力学计算发现，在无风的条件下列车高速通过 50mm 间距站台时，车体向站台侧吸进 19mm，有横风时吸入量更大，据此提出车与站台间隙应放大 70-90mm，并在工程中得到应用实施，取得预期的效果。2）既有提速线路不平顺限值的研究。在 2006 年的既有线 250km/h 动车组运行试验中发现，在某些状态稍差的线路上，列车脱轨安全性指标轮重减载率值有超标现象。通过高速列车耦合大系统动力学计算，发现线路短波不平顺是影响列车高速运行时轮重减载率值超标的主要因素，并提出了不同速度下敏感波长区和限制幅值；同时对三角坑和高低谐波不平顺提出了在一定波长下的幅值限制值。这些研究成果给既有线路维修提供了重要理论依据。3）横风作用下列车运行安全域的研究。结合科技部、铁道部高速列车自主创新联合行动计划，采用高速列车耦合大系统动力学计算方法，计算得到不同横第 16 页 共 86 页 风条件下的列车运动姿态和轮轨相互作用行为，确定了脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和倾覆系数等安全性指标，进而根据各安全性指标限值，综合评定得到不同横风下的高速列车安全运行速度限值，并论证了强风条件下列车安全停放的极限风速。为制定高速列车在不同横风条件下运行速度限值提供了理论依据。（2）铁路机车车辆动力学参数设计和性能优化支撑转向架技术的发展（2）铁路机车车辆动力学参数设计和性能优化支撑转向架技术的发展 铁路机车车辆研究是牵引动力国家重点实验室最主要任务，在这个评估周期内，利用创新的建模和仿真技术编制的列车耦合大系统动力学仿真软件，全面应用到机车车辆特别是动车组的研发中，其中所承担的高速动车组动力学研究和优化设计项目 14 项，完成我国所有动车组的动力学设计，包括时速 200-250 公里引进车的适应性分析，速度提升到 300-350km/h 的改进设计，时速 350-380 公里新一代高速列车自主化设计，时速 400 公里综合检测列车和时速 500 公里更高速度试验列车的创新设计。这一成果还广泛应用于其他动车组研发，城轨及地铁车辆的动力学性能优化设计。实验室还完成多项重载列车动力学研究课题，包括从 25t-30t 轴重的重载货车及时速 160 公里快速货车的动力学优化设计，同时为出口澳大利亚、新西兰、蒙古和哈萨克斯坦货车进行适应性优化设计。采用自主的“长大重载列车三维空间耦合系统动力学仿真软件”优化设计的中交叉拉杆货车转向架在美国 TTCI（Transportation Technology Center Inc.）参加的世界货车转向架动力学性能试验评比中获第一名。（3）结构可靠性研究保障了我国轨道交通车辆走行部的安全可靠运行（3）结构可靠性研究保障了我国轨道交通车辆走行部的安全可靠运行 尽管实验室以动力学研究为优势，但随着铁路机车车辆的发展，特别是高速列车的运用，结构可靠性问题由于涉及列车的运行安全，可靠性研究成为实验室平台建设和科学研究的增长点。实验室借助于材料、零部件和构架的试验平台，针对我国大功率机车和高速动车组轮对的可靠性研究任务，完成了我国自主创新动车组、大功率机车和 27.5t-32.5t 大轴重货车轮对的可靠性评价，为改进轮对设计制造提供了科学依据。在完善了超长疲劳寿命可靠性理论和有效疲劳短裂纹理论的基础上，建立了我国高速列车D1车轮材料、HEZB重载货车车轮材料和HEZB重载货车转向架构架材料的疲劳断裂可靠性数据库。基于强度仿真理念的转向架疲劳强度试验，完成了一系列的高速动车组转向第 17 页 共 86 页 架构架及零部件的疲劳性能试验，完成 CRH1、CRH2、CRH380A、CRH380D 高速动车组的构架疲劳试验，以及 CRH3 动车组转向架电机悬挂机构、牵引机构、轴箱的疲劳试验，还针对高寒车 CRH380BL 的牵引拉杆等重要受力部件开展零下 40的模拟环境条件下的疲劳试验，保障了我国高速动车组走行部的运行可靠性和安全性。目前这些动车组经过在高速、长距离和长期（最多的运用里程达到 240万公里）的运用考核，其走行部的结构可靠性得到充分验证。这些研究不仅使实验室的优势从动力学拓展到了结构疲劳强度研究，同时也使实验室的机车车辆动强度试验研究能力走到国内领先水平，担负起了我国机车车辆结构可靠性研究的重任。（4）车-线-桥耦合动力学支撑我国高速铁路桥梁的安全评估与设计（4）车-线-桥耦合动力学支撑我国高速铁路桥梁的安全评估与设计 以翟婉明院士牵头，组织路内相关研究单位，完成了“列车线路桥梁动力学仿真通用软件的研究”、“既有线提速 200km/h 关键技术的试验研究桥梁安全性评估”、“客运专线典型桥梁列车走行性研究”等铁道部项目，提出车辆-轨道-桥梁耦合动力学新理论框架，包括理论模型、求解方法、仿真方法、试验方法及动力性能评价方法等，实现了从动力学模型到数值求解、到动态仿真设计、再到现场试验验证的全过程。完成了武广、京沪客运专线典型桥梁设计方案的动态安全评估，包括汀泗河特大桥、南京大胜关长江大桥等。这些工程研究成果为保证我国铁路提速和发展高速铁路发挥了重要作用。相关成果获得国家科技进步二等奖。（5）弓网关系研究保障我国高速列车的稳定受流（5）弓网关系研究保障我国高速列车的稳定受流 弓网关系和轮轨关系一样，是制约列车提速和发展高速铁路的关键因素。面对高速列车受流需求，实验室根据高速列车受流设计需要和运行中出现的问题针对性地开展研究，承担了目前高速动车组主机厂几乎所有的弓网关系研究课题，并在国家“973 计划”项目和“科技支撑计划”项目中承担主要研究任务，有力支撑了高速弓网关系的研究与发展。1）长编组列车双弓受流弓间距的研究。在京津城际高速铁路 350km/h 高速双弓受流试验未取得较好效果的情况下，2009 年铁道部运输局委托实验室进行针