铁路噪声对鸟类声信号的掩蔽

铁路沿线是人类和自然之间相互作用的重要生态交错区,铁路的不断延伸改变了非人类物种的自然环境,并且对它们的声环境产生了显著影响。考虑铁路噪声源强特性及地形地貌特征,基于CadnaA噪声仿真平台,建立铁路列车噪声传播预测模型,分析铁路噪声在沿线区域的传播规律、影响范围和频谱分布特性。基于掩蔽效应理论和临界比率,研究铁路噪声对鸟类声信号传播的掩蔽程度,并构建考虑多个因素影响下鸟类通信距离计算模型,计算并分析了鸟类探测、区分、识别、舒适交流四种听觉行为的最大传播距离。计算结果显示:铁路噪声在很大程度上会影响鸟类声信号的传播,鸟类各种听觉行为的传播距离明显减少。相关研究结果可为铁路工程的生态影响、生物声学研究及环保设计提供指导和参考。

轮轨关系研究中的力学问题

简单论述世界铁路发展状况和铁路交通运输的优越性。详细论述轮轨关系的研究问题,其研究包含轮轨滚动接触作用和稳定性问题、轮轨粘着和强度、接触表面磨损和滚动接触疲劳破坏、轮轨噪声、轮轨蠕滑率力理论和轮轨三维弹塑性滚动接触问题。在这些问题研究中,蕴涵十分复杂的力学和强度问题。文中就这方面的研究现状和存在问题以及问题研究的难点进行讨论,并分析今后可能的研究方向。

钢轨打磨技术研究进展

介绍了有关钢轨打磨的理论、技术和应用成果,论述了钢轨打磨技术与轮轨接触疲劳、磨耗、噪声、润滑之间的关系和相互作用模型.基于现有的国外钢轨维修成本的经济学模型,提出了加入打磨设备折旧费用的钢轨维修成本综合经济学模型.建议未来的研究重点:开展基于现场实践的快速电脑程序优化的打磨钢轨型面研究;开展能够综合考虑车辆轨道耦合动力学和经济学指标钢轨打磨方案的优化研究;开展不同工况的打磨参数和打磨工艺研究.

车轮非圆化磨耗问题研究进展

高速铁路在我国迅速的发展,显著改善了人民的出行方式和质量,大幅度缩短了出行周期,充分提高了工作效率.我国的高速铁路网已成为"国民经济建设高速发展的大动脉",但运营中的高速列车车轮因连续磨耗和定期的镟修,轮径不断缩小且在缩小的不同阶段发生不同程度的非圆化磨损现象,某些阶段还十分严重.列车车轮非圆化磨耗会使轮轨间作用力显著增大,导致铁路车辆和轨道产生强烈的振动和噪声,影响车辆的运行品质、旅客乘坐舒适度和车辆-轨道系统零部件的使用寿命,严重时将会威胁到行车安全.车轮各类非圆化磨耗类型,主要分为局部非圆化磨耗和全周非圆化磨耗,其中局部非圆化磨耗主要包括扁疤、剥离、脱层、塌陷等局部异常磨耗,全周非圆化磨耗主要为车轮多边形磨耗.近几年,在我国各类型高速动车组列车上均发现车轮多边形磨损,在车轮全寿命周期内的不同轮径情况下,多边形磨损的边数(波长)和发展速度不同,已经越来越受到行业内相关研究人员的重视.文章详细地综述了国内外对铁路车辆车轮非圆化磨耗的研究历史和现状,涉及到相关研究文献75篇,对车轮非圆化磨耗的研究主要分为3个方面:(1)车轮非圆化磨耗对车辆/轨道系统动力学行为、车辆噪声的影响研究,大量研究表明车轮非圆化幅值、波长、车速和轴重等因素对车辆/轨道系统动力学行为和车辆噪声均有显著的影响.(2)列车车轮非圆化磨耗发展规律研究和列车车轮多边形磨耗机理研究.车轮多边形磨耗产生的根源在于转向架系统的高频柔性共振,系统的共振频率、列车速度和车轮的周长在满足一定的条件下,车轮多边形磨耗发展速率较高,轮轨滚动接触界面严重的不平顺激励,将促使多边形磨损萌生和发展.到目前为止,对于车轮多边形磨耗发生和发展的机理,国内外仍众说纷纭,未达成共识,尚待开展进一步的研究工作.(3)列车车轮非圆化磨耗检测技术相关研究.最后,对该领域今后的研究方向进行了展望:发展车辆轨道刚柔耦合动力学模型再现车轮多边形演化过程,多边形形成的机理;通过改变运营方式来抑制多边形发展速率;研究车轮智能踏面修形器来消除或抑制车轮多边形的发展.

铁路钢轨波浪形磨损研究进展

铁路钢轨波浪形磨损会导致铁路车辆和轨道强烈的振动、噪声,影响车辆的运行品质和旅客乘坐舒适度,严重的会导致列车脱轨事故的发生.简要介绍了全世界铁路钢轨波磨的分布情况和基本特征,介绍了我国重载铁路、高速铁路、地铁和城市轨道钢轨波磨特征和对应的线路结构特征.回顾了世界钢轨波磨研究的发展历史,重点评述了近40年来钢轨波磨成因理论的研究现状,讨论了已有理论存在的问题和根治钢轨波磨的措施,介绍了我国目前在治理钢轨波磨方面所采取的对策,并对该领域今后的研究方向进行了展望.

轮轨滚动接触疲劳现象分析

论述轮轨滚动接触疲劳破坏的几种典型现象 ,定性地分析它们的起因和发展过程。介绍我国部分铁路现场轮轨接解表面的疲劳破坏调查情况 ,给出由非赫兹滚动接触理论分析计算的我国铁路轮轨接触表面作用力分布情况。计算结果表明我国铁路轮轨接触表面疲劳现象如此严重的主要原因之一是轮轨型面不配匹和轨底坡设置不合理。

世界铁路发展状况及其关键力学问题 全国结构工程学术会议特邀报告

论述了世界部分发达国家和我国铁路发展情况、铁路运输的优点及其在经济建设中所发挥的作用。介绍了世界发达国家和我国铁路发展历史和未来轨道交通发展方向。详细讨论了现有铁路运输存在的问题和未来高速铁路亟待解决的关键力学问题。它们主要是:(1)弓网/列车/轨道(桥梁)大系统耦合动力学; (2)车辆结构强度和可靠度问题;(3)轮轨关系(脱轨、粘着、滚动接触疲劳和波浪形磨损、轮轨噪声);(4)高速列车弓网动力学和高速受流条件下摩擦磨损;(5)轨道结构关键力学和严酷环境下轨道工程破坏问题。这些问题直接危及到行车的安全和运行品质.并提出今后解决这些问题的主要方向。

轮对运动状态对轮轨滚动接触应力的影响

分析计算了锥型踏面轮对沿轨道滚动接触时轮轨接触几何参数和不同运动状态下的轮轨之间的刚性蠕滑率。根据确定的轮轨接触几何参数和轮轨接触界面之间的蠕滑率,利用非Hertz滚动接触理论分析计算了锥型轮对和钢轨滚动接触斑作用力的分布。再利用弹性力学中Bossinesq-Cerruti力/位移计算公式并借助Gauss数值积分方法,确定了轮轨滚动接触时体内的弹性位移、应变和应力随轮对运动状态变化情况。数据结果为轮轨强度设计提供了重要的参考依据。

两种型面轮轨滚动接触应力分析

利用非Hertz滚动接触理论分析计算了磨耗型轮对、锥型轮对与钢轨之间滚动接触斑的作用力分布。再利用弹性力学中Bossinesq-Cerruti力/位移计算公式并借助Gauss数值积分方法,确定了两种型面轮轨滚动接触时体内的弹性位移、应变和应力的分布情况。数据结果为轮轨型面优化设计和轨底坡的设计提供了重要的参考依据。

曲线钢轨初始波磨形成的机理分析

利用数值方法分析钢轨离散支撑引发曲线钢轨初始波浪形磨损形成的机理。建立车辆轨道耦合动力学模型、轮轨滚动接触理论模型和轮轨界面材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型。考虑半个车辆模型和有限计算长度的轨道模型,利用Hertz非线性接触弹簧和沈志云-Hydrick-Elkills非线性蠕滑理论耦合车辆和轨道的计算模型来计算轮轨的法向载荷和切向载荷。通过车辆过曲线动力学分析,确定轮轨的瞬时接触位置、法向载荷、蠕滑率等。根据修改的Kalker三维滚动接触理论计算轮轨滚动接触力学行为,再利用轮轨材料摩擦磨损模型计算钢轨的磨损量。对曲线两端的缓和曲线和圆曲线的初始波磨形成过程作详细分析,并对波动频率也作了调查。数值结果显示,同一个转向架4个车轮引起的磨损波长和波深是不同的:不同曲线位置初始波磨的波深和波长也有区别:波磨的频率和轮轨接触振动密切相关;波磨的频率不仅包含轨枕的通过频率,也包含轨道被激发的更高振动频率。

钢轨横向不均匀支撑刚度对钢轨波磨的影响

建立了钢轨波浪形磨损计算模型,模型中考虑车辆轨道垂向横向耦合动力学行为、轮轨三维滚动接触力学行为和轮轨材料摩擦磨损的循环相互作用关系.发展了相应的计算程序,并用1:1试验装置验证了理论模型.详细分析了实际线路上由轨枕离散支撑导致的钢轨横向不均匀刚度和不同行车速度对曲线钢轨接触表面不均匀磨损的影响.通过数值分析可知: (1)列车通过曲线钢轨时,轨枕离散支撑导致的钢轨横向不均匀刚度易引发曲线钢轨波磨的形成和发展; (2)这类钢轨波磨具有与轨枕间距几乎相等的波长和28—35mm的短波长,这个短波长不均匀磨损主要是由轮轨高频接触振动引起; (3)同一个转向架4个车轮作用下形成的钢轨波磨最大深度波谷的分布是不同的; (4)改变过车速度不能有效地抑制轨枕离散支撑导致的钢轨波磨形成和发展速度.

钢轨磨耗型波磨计算模型与数值方法

分析了国内外铁路钢轨波浪形磨损理论模型,提出了车辆轨道垂、横向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和钢轨材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型,发展了相应的数值方法。模型中车辆结构和轨道下部结构被简化成等效的质量、弹簧和阻尼系统,钢轨用Euler梁代替,并考虑它的垂向、横向弯曲变形和扭转变形,利用修改的Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论和相应的数值方法计算轮轨蠕滑力和摩擦功,假设材料单位面积磨损量正比于轮轨接触面摩擦功密度。利用该模型和相应的数值方法分析了几个磨耗型波磨情况,结果表明该模型可以模拟轨道多种缺陷(轨缝、扁疤、凹坑、轨枕间距、随机不平顺等因素)引发的钢轨磨耗型初始波磨和发展规律,可以模拟由于钢轨在机械加工或打磨过程中形成的初始波磨的演化过程,可以通过改善轨道特性来消除或减少波磨的发生和发展。

复杂环境下高速列车动态行为数值仿真和运行安全域分析

简要介绍中国高速铁路网的发展规划.列举全世界高速铁路在过去运营过程中出现的几次重大脱轨事故并分析其原因,将这些导致列车脱轨的因素定义为列车运行的复杂环境状态.综述复杂环境下列车安全运行的研究现状和建模方法.简要讨论几种传统的脱轨评价准则,并改进基于轮轨几何接触状态的脱轨评价准则.提出一种研究复杂环境下高速列车安全运行的方法,并严格定义高速列车的安全运行界限.介绍复杂环境下高速列车及2种轨道结构(有碴轨道和板式轨道)的理论建模方法.建立基于车辆-轨道耦合动力学的复杂环境下列车脱轨模型.利用不同的脱轨评判准则和动力学仿真计算结果,得到复杂环境下高速列车的安全运行界限.为深入阐述脱轨安全域的思想,利用车辆-有碴轨道耦合动力学模型分析轨道鼓胀对高速列车安全运行的影响.用数值算例详细分析直线轨道鼓胀作用下车辆轮对的动力学响应、动态脱轨行为以及运行安全域.

轮轨滚动接触疲劳问题研究的最新进展

由于轮轨之间的剧烈作用 ,轮轨滚动接触疲劳的破坏现象是非常严重的。这是至今尚未得到根本解决的难题 ,而且有些破坏机理尚不清楚。轮轨接触表面的疲劳破坏不仅使铁路运营成本增大 ,而且直接危害列车的行车安全。本文详细综述了轮轨滚动接触疲劳问题在近 10年的研究进展情况 ,其中包括三维弹塑性滚动接触理论模型和数值方法、轮轨滚动接触疲劳破坏的各种因素数值分析方法和试验方法 ,以及轮轨新材料研究进展 ,涉及到近 10年来国内外发表的 10 0多篇重要文献 。

单轮对轮轨蠕滑力试验研究

利用原型尺寸单轮对试验装置和滚振试验台，进行单轮对（货车）运动过程中轮轨之间蠕滑力试验研究，试验中考虑到轮对位置和轮轨表面之间有污染因素影响。试验结果反映了轮轨之间蠕滑力和轮对运动位置（轮对横移和摇头角）之关系，对其进行了详细讨论。并对部分试验结果同Ｋａｌｋｅｒ三维弹性体非赫兹滚动接触理论计算的结果作了比较。

轮轨滚动接触力学的发展

轮轨滚动接触力学主要研究轮轨滚动接触过程中的作用行为．由于其研究的复杂性，目前在该领域的研究已基本形成既独立又关联的六个分支，它们分别是轮轨滚动接触蠕滑率／力理论、轮轨粘着、接触表面波浪形磨损、轮轨滚动疲劳、脱轨和轮轨噪音．本文综述了这几个方面研究的发展历史和现状由于轮轨滚动接触作用的研究又是以轮轨滚动接触蠕滑率／力理论为基础的，故本文着重评述目前常用于车辆／轨道动力学和轮轨关系研究中几个经典滚动接触理论模型的优缺点根据实际工程中轮轨作用存在的严重问题，并提出轮轨滚动接触理论及其试验在今后的研究方向和所要考虑的有关重要因素．

接触问题的余能原理及其在轮轨滚动接触研究中的应用

根据变分和应力虚功的概念推导一般有限线弹性体接触问题的余虚功原理，并分析其在轮轨接触研究中的应用，将轮轨接触问题分别看成无限半空间和有限体接触这样两个具有特殊边界的弹性力学问题。

高速机车单轮对牵引力矩数值分析

用数值分析方法计算了高速机车轮对和轨道之间的粘着力， 确定了轮对的牵引力矩随机车的运行速度、轮对相对轨道的位置和轮轨之间滑差的变化情况。数值分析中改进了Ｋａｌｋｅｒ三维弹性体滚动接触理论模型，并考虑到接触斑质点对之间相对滑动速度对摩擦因数的影响。数值结果对高速机车轮对粘滑控制提供了重要数据。

非赫兹接触轮轨蠕滑力数表TPLR的研究

本文介绍了直线轨道上单轮对运动状态蠕滑率和蠕滑力关系律数表的编制方法。

轮轨蠕滑力分析计算中几种蠕滑力模型的比较

从数值方面对目前轮轨蠕滑力分析计算的五种滚动接触力学模型进行了详细调查分析，分析中结合轮对和钢轨实际滚动情况，对几种模型所求得的结果作了比较。并对文中所分析的五种理论模型在车辆动力学中的应用作了重新评价。