科技日报2005年6月14日讯   2005年4月25日，日本发生了近40年来最为严重的火车脱轨事故，伤亡人数达500多人，世界为之震惊。由此，列车脱轨问题又一次引起人们的广泛关注，有关列车脱轨分析理论与应用课题的研究再次“升温”。

关于列车脱轨问题，100多年来一直是学术界公认的世界性难题。据统计，由于列车脱轨所引起的事故，要占到整个铁路运输事故的7成左右，造成的人员财产损失惊人。

中南大学土建学院曾庆元院士几十年来一直致力于列车脱轨分析理论研究。他带领由骆宁安、江锋、朱汉华、郭向荣、郭文华等众多研究生历经20年研究，创立了一套崭新的列车桥梁时变系统横向振动分析理论。在此基础上，又带领由向俊、周智辉、娄平等博士生组成的研究小组经过近10年研究，提出了列车脱轨的力学机理及基于此机理的列车脱轨能量随机分析理论。

2005年5月15日铁道部科技司在长沙组织召开了“列车脱轨分析理论与应用课题”成果鉴定会，记者有幸列席了此次会议。鉴定委员会由方秦汉、黄玉盈、陈春阳等权威专家组成。曾庆元院士做了“列车脱轨分析理论与应用研究”的报告，反响强烈。经鉴定，专家组一致认为：该理论研究成果为原始创新，实现了列车脱轨分析理论研究史上的重大突破，达到了国际领先水平，为制订预防列车脱轨措施及预防列车脱轨标准提供了理论依据，具有很高的实用价值和广阔的应用前景。

鉴定委员会建议：进一步丰富实测样本，完善蛇行波实测数据库；加快理论应用研究，促进成果向生产力转化。

那么，曾庆元院士的列车脱轨研究与国内外进行过的该类研究相比，究竟有哪些进步和突破呢？

我们知道，从1896年法国工程师Nadal提出临界脱轨系数Q／P=(tgα—μ)／(1+μtgα)起，国际脱轨研究始终局限于Q／P的完善，只有日本、我国除完善Q／P外，还规定了轮重减载率△P／P0。各国都规定了预防脱轨的Q／P限值，可是列车脱轨事故国内外时有报道，这说明Q／P和△P／P0的限值不能控制列车脱轨，这是国内外列车脱轨研究中的根本问题。

曾庆元领导的中南大学列车脱轨研究组根据物理概念和力学理论，认定列车脱轨机理是车轨或车桥时变系统（以下简称此系统）横向振动丧失稳定。由于此系统为时变系统，不能直接应用现有运动稳定性理论来分析此系统横向振动的稳定性，研究组根据系统状态稳定性分析理论和系统状态稳定、失稳与破坏的标志，车轮脱轨掉道的物理概念及此系统横向振动能量随机分析理论，创立了一套列车脱轨能量随机分析理论如下：

(1)提出了列车脱轨条件（此系统横向振动极限抗力作功σc等于输入此系统横向振动最大能量σp,max）和不脱轨条件（σc大于σp,max）。（2）提出了弹性系统运动稳定性的总势能判别准则，由此准则得出了时不变系统运动稳定性的能量增量判别准则，为此时变系统横向振动稳定性分析提供了能量增量思想。（3）考虑车轮悬浮、轮轨位移衔接条件及轮轨“游间”影响，建立了计算列车脱轨全过程的此时变系统空间振动矩阵方程。（4）算出了列车车轮脱轨全过程及此时变系统横向振动极限抗力作功σc及其增量表示式。（5）提出了此时变系统横向振动最大输入能量σp,max的增量表示式。（6）首次建立了此时变系统横向振动稳定性及列车是否脱轨的能量增量（△σc，△σp,max）评判准则。

这套理论的脱轨评判准则来源于此系统横向振动稳定性判别标志———脱轨与不脱轨条件。从系统稳定性分析理论知：稳定系统能存在和持久，不稳定系统不能存在。只要此系统满足上述不脱轨的评判准则，此系统横向振动则是稳定的，列车不会脱轨，故这套理论中的评判准则能够控制脱轨，从而解决了脱轨控制问题，所以这套理论是列车脱轨控制理论，是脱轨研究中的重大创新。

研究组用这套理论计算了11例列车是否脱轨，计算结果是：线路上列车5例脱轨，2例不脱轨；桥上列车3例脱轨，1例不脱轨。这些结果都与实际运营情况符合。另外，他们还用这套理论计算了6座桥梁横向振幅超过《桥梁检定规范》规定的行车安全限值的桥上列车走行安全性，对应超限振幅的脱轨计算结果都不会脱轨，都与长期超限振幅行车未发生脱轨的运营实践符合。“实践是检验真理的唯一标准”，如此多的计算结果都与实际运营情况符合，这决非巧合。它强有力地表明了这套理论的准确可靠以及优越的应用效果。

研究组提出了这套理论的广阔应用前景：（1）制订预防列车脱轨措施及预防脱轨标准；(2)制订预防脱轨的桥梁横向刚度限值及其横向振幅行车安全限值；(3)制订预防脱轨的线路标准：(4)分析既有线提速的容许极限车速；(5)分析横向振幅超限桥梁的列车走行安全性、舒适性及平稳性；(6)理解国内外现有铁路桥梁横向刚度限值及其横向振幅行车安全限值的不足；(7)按预防脱轨要求，确定机车、车辆参数，设计具有预防脱轨功能的机车车辆。

从上述知，这套理论是在列车脱轨问题研究中另辟蹊径，是列车脱轨研究史上的一个里程碑。它的推广运用必将产生巨大的经济和社会效益。