曾庆元

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曾庆元是中国工程院院士、著名桥梁工程专家、中南大学教授。曾庆元教授长期从事桥梁结构振动与稳定的教学和研究。创立了一套崭新的列车一 桥梁时变系统横向振动分析理论,其研究理论、研究方法和研究成果达到国际领先水平;他一辈子致力于解决列车行驶过程中的安全与稳定问题,为新中国铁路桥梁和列车安全工程建设做出了重大贡献。

曾庆元 - 人物简介

曾庆元(1925.10.20 -),桥梁动力学专家。出生于江西省泰和县原籍,1956年清华大学研究生毕业。现任中南大学土建学院教授、博士生导师。

曾庆元教授长期从事桥梁结构振动与稳定的教学和研究。创立了一套崭新的列车一 桥梁时变系统横向振动分析理论,其研究理论、研究方法和研究成果达到国际领先水平;提出了大跨度斜拉桥局部与整体相关屈曲极限承载力分析理论及刚构架、系杆拱桥、板桁组合结构桥梁的极限承载力分析理论、列车-轨道时变系统横向振动分析理论及高速无缝线路轨道结构横向动力稳定性分析理论。他提出的弹性系统动力学总势能不变值原理是对动力学理论的重大改进及对Hamilton变分原理的重要补充;先后获詹天佑成就奖,两次获国家科技进步奖,多次获省、部级奖励。

曾庆元 - 破解列车行驶难题

困扰铁路运输100多年的世界难题(列车脱轨),被曾庆元攻克。实车测试,预防脱轨有99%以上的把握,通过进一步实验测证后,将在全国推广应用。

曾院士突破了以往国内外研究中把列车和轨道分开考虑,只注重研究轮轨接触力的传统理论,把列车和轨道作为一个整体系统来分析,提出弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则,简便地建立了列车和轨道系统空间振动方程组。

脱轨是车辆剧烈横向振动的结果。曾院士发现,在不考虑风的作用下,列车和轨道系统的横向振动由轨道不平顺、轮轨的缺陷、车辆部件制造误差、车辆质量及载重偏离中心等因素引起,属于自己激发的力。系统横向振动自激力作为功成为输入系统的横向振动的能量,当系统横向振动达到其最大振动时,就会发生脱轨。于是曾院士和他的学生在铁路干线上大量实测客货车、机车在各种车速下的构架蛇行波(如同沙漏摆动时在地面留下的痕迹),截取每公里波形图为一个样本,分别按直线和曲线统计各样本的标准差,由工程概率分析办法,得出具有99%概率水平的输入能量标准差与车速的关系曲线,从而算出系统横向振动最大值。它包括了所有引起系统横向振动的影响,反映了不同轮轨接触状态的作用,因此相当精确。

曾院士和学生们已做了几万公里的实车试验,成功模拟出了由一辆机车加29辆车厢组成的列车在500米长的线路上运行时的脱轨全过程,设计出了一套计算列车脱轨系数的计算机软件,并根据有关方面提供的数据,运用该软件计算了4列列车的运行情况,其中两列脱轨,两列不脱轨,计算结果与实际吻合,模拟曲线图与实际曲线图接近。

曾庆元 - 研究方向

曾院士下一步的目标是做更多的实车试验,完善这一理论,并根据实际情况,提出预防脱轨的标准,包括轨道技术参数和车辆技术参数。

国内外对列车脱轨问题的研究多是定性分析,不能模拟列车脱轨全过程,更谈不上从理论上阐明列车脱轨的机理。曾院士的研究无疑是一项重大创新。曾院士的预防脱轨标准确立后,不但能最大限度地减少脱轨,而且能保证和促进列车的进一步提速,实现铁路建设“安全、多拉、快跑”的多项战略目标。

随着列车不断提速,京广、京通线的多座桥梁振幅超限,有可能存在安全隐患,要不要拆除重建?一直苦于缺乏科学依据而无法决断。后经曾庆元仔细测算,京广线上的4座桥梁虽然振动较大但并无安全隐患,而京通线上的两座桥梁只需限速行驶即可,共有6座桥梁无需重建。有人算了一笔账,按每座铁路桥1000万元的平均成本计算,此举节约费用6000万元左右。

曾庆元 - 成果

曾庆元提出了弹性系统动力学总势能不变值原理、形成系统矩阵的“对号入座”法则、及弹性系统运动稳定性的总势能判别准则。创立了一套崭新的列车-桥梁时变系统横向振动分析理论,解决了九江长江大桥、提速高速铁路桥梁等百多座桥梁的横向刚度分析问题及桥梁加固计算问题。1998年被铁道部鉴定为国际领先水平。

曾庆元利用8年的时间,创立了一套列车脱轨分析理论,2005年5月被铁道部鉴定为“实现了列车脱轨分析理论的重大突破,研究成果为原始创新,达到了国际领先水平,具有很高实用价值和广阔应用前景”。提出了桥梁局部与整体相关屈曲极限承载力分析理论,解决了多座桥梁极限承载力的分析问题。

曾庆元发表论文近百篇,专著3本。指导博士生30名,硕士生16名。1999年当选为中国工程院院士。

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