轨道过渡段动力特性的有限元分析

运用有限元方法和Lagrange方程,建立列车—轨道—路基耦合系统动力分析模型,提出车辆单元和轨道单元,推导2种单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵,并用Matlab编制了计算程序。利用文中提出的车辆单元和轨道单元,考虑列车速度、路基刚度以及过渡段轨道不平顺和路基刚度综合影响因素对轨道过渡段动力特性进行分析。分析表明:过渡段路基刚度突变对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随着列车速度的提高而增大;过渡段轨道不平顺和路基刚度变化2种因素同时存在对钢轨垂向加速度和轮轨作用力的影响非常明显,其峰值远大于1种影响因素引起的动力响应;列车速度、路基刚度以及过渡段轨道不平顺和路基刚度综合影响因素对车体垂向加速度的影响甚微,其原因是车体附有的一、二系弹簧阻尼系统起到了很好的减振作用。

一种确定轨道过渡段长度的新方法

运用车辆 -轨道耦合动力学理论 ,以有碴轨道和无碴轨道的过渡段为例 ,进行了车辆 -轨道过渡段垂向动态相互作用的仿真研究。指出了在确定轨道过渡段长度时 ,所采用的动力学性能评价指标 。

提速线路轨道过渡段动力响应分析

利用车辆—轨道耦合动力有限元计算模型 ,对轨道过渡段不同工况进行仿真分析 ,讨论了两种因素对轨道过渡段动力系数的影响 ,得出不同于传统观点的结论 .计算结果表明 ,过渡段轨道底部刚度的突变并不直接导致动力系数的增大 ,而一旦存在不平顺折角 。

轨道过渡段刚度突变对轨道振动的影响

建立轨道过渡段基础刚度突变的轨道振动微分方程，：睢导单轮作用下轨道变形的解析表达式。利用该解析解和叠加原理，研究轨道刚度突变对轨道振动的影响，分析单轮对和TGV高速列车在3种轨道刚度比时的轨道动力响应。结果表明，轨道刚度突变对轨道振动影响较大，轨道动力响应随着刚度比和列车速度的增加而增加。在理论分析基础上，提出轨道过渡段整治原则：过渡段宜采用分层（3～4层）强化基础刚度的措施；列车在过渡段运行时应满足所引起的动力系数小于或等于1．2及过渡段各层之间的刚度比在0．5～1之间；过渡段每层平缓距离，当列车速度小于或等于160km·h^-1时，取5m，当列车速度大于160km·h^-1时，取10m。

轨道过渡段静动态反应分析

指出高速铁路轨道过渡段存在的问题 ,用一种新的计算模型对结构静动态反应进行分析 。

大跨桥上减振轨道过渡段动力特性分析

为了研究大跨桥上减振轨道过渡段的动力特性,基于多刚体动力学与有限元法理论,建立高速列车−无砟轨道−大跨桥刚柔耦合动力学模型,分析大跨桥挠曲变形对桥上减振轨道过渡段动力特性的影响,并在此基础上进一步分析橡胶垫层刚度、过渡段长度等因素对该过渡段动力响应的影响规律。研究结果表明:大跨桥挠曲变形主要对钢轨挠度变化率的影响显著,对轮轨垂向力、车体加速度的影响较小,分析桥上减振轨道过渡段动力特性时应考虑大跨桥挠曲变形。当减振轨道橡胶垫层刚度大于0.1 N/mm^(3)时,普通轨道与减振轨道连接处的刚度差易使钢轨挠度变化率超限,但在轨下基础刚度突变处增设过渡段可保证钢轨挠度变化率控制在限值以内。过渡段建议采用刚度分级的过渡方式,每级过渡2块轨道板,刚度比不宜小于1.1。钢轨挠度变化率总体上随过渡段长度的增大呈负相关变化,当过渡段长度大于20 m时,钢轨挠度变化率峰值变化明显;当过渡段长度大于30 m时,钢轨挠度变化率峰值变化不明显。综合考虑行车安全性以及施工成本等因素的影响,过渡段长度建议取20~30 m。

重载铁路有砟-无砟轨道过渡段动力学特性

重载铁路不同形式的轨道连接处过渡段因刚度突变,易导致线路病害。建立重载铁路有砟-无砟轨道过渡段有限元模型,研究了过渡段位置、过渡段刚度分级以及支承层延伸长度对重载铁路有砟-无砟轨道过渡段动力学响应的影响。研究结果表明:为减小重载铁路过渡段荷载冲击效应对下部基础的影响,宜将有砟-无砟轨道过渡段设置在路基上;从减小过渡段轮轨冲击、延长轨道结构使用寿命以及减少过渡段病害产生的角度分析,过渡段应设置轨道结构分级过渡,同时设置支承层,支承层延伸至有砟轨道长度应在10 m左右,超过10 m后作用不明显。

轨道过渡段动、静刚度过渡研究

有砟-无砟轨道过渡段因刚度差异存在振动特性加剧、轮轨系统破坏加剧的问题。在动荷载的作用下,两种轨道结构的振动特性存在差异,需要合理设置过渡段保证轨道动、静刚度的过渡。因轨道是多层结构,各层刚度变化对轨道动、静刚度均有影响,故本文建立有砟-无砟轨道多层结构的力学模型分析其影响,得出:轨道静刚度过渡可以通过调整轨道某层结构刚度或多层结构刚度共同调整等措施实现,轨道动刚度过渡则需轨下各结构层共同调整实现;本文给出的有砟-无砟轨道刚度过渡措施为,多层分段过渡措施--无砟轨道扣件刚度提高至60kN/mm、靠近无砟轨道段扣件40kN/mm+道床刚度提高10倍、靠近有砟轨道段扣件50kN/mm+道床刚度提高10倍的综合过渡措施。

确定轨道过渡段长度的方法

本文阐述了运用高速铁路“车辆——轨道”动力学理论、有碴及无碴轨道动力学性能指标，建立其过渡段长度的计算方法。

高铁路桥过渡段轨道板离缝引起的路基膨胀响应分析

高速铁路路桥过渡段存在雨水及地下水入渗的风险,会影响路基的稳定性。过渡段路基存在施工缝,降水时雨水会从这些缝隙渗入路基,而过渡段路基填料有一定的膨胀性,当水渗入时,路基会因膨胀而变得不稳定。为解决该问题,以某高铁某路桥转换区路基膨胀问题为研究对象,采用变形监测数据、水文地质资料、室内试验与数值模拟相结合的方法,开展路桥转换区路基膨胀变形问题的研究。根据现场实测资料进行了分析,得出离缝对路基膨胀变形有一定影响,从而导致路基的不均匀膨胀问题。在室内试验方面,对该过渡段的材料进行力学性质测试,为后续的数值模拟提供参考数据。在找出病害原因之后提出解决方案,以减轻路基的膨胀问题,为铁路交通的安全运行和建设提供相关的参考。

中等减振梯形轨枕轨道结构关键设计参数

为研究中等减振梯形轨枕轨道的动力学特性,采用直接刚度法建立了车辆-梯形轨枕轨道-隧道垂向耦合动力学模型,分析了减振垫垂向静刚度和梯形轨枕厚度对钢轨、轨枕和隧道动力响应的影响。结果表明:当减振垫静刚度在15~30 kN/mm时,减振效果均达到了中等减振要求,梯形轨枕减振垫的垂向静刚度可以根据环境敏感点的具体振动超标量进行选取;与普通整体道床相比,当梯形轨枕的板中减振垫垂向静刚度为25 kN/mm时,梯形轨枕在40 Hz以上的频率范围具有较好的减振效果;增加梯形轨枕厚度可以降低钢轨和轨枕的垂向位移,并通过增加参振质量的方式提高减振性能;当梯形轨枕厚度从0.15 m增至0.35 m时,钢轨垂向位移、轨枕垂向位移和隧道垂向加速度减小幅度达7.73%、和6.82%和18.18%;中等减振梯形轨枕轨道与普通整体道床衔接时,需要在梯形轨枕铺设段设置3块5.8 m过渡梯形轨枕,过渡梯形轨枕的减振垫静刚度应优先按照三级刚度过渡方案进行选取。

空天再入飞行器最优过渡段轨道设计方法研究

针对空天再入飞行器在再入角和再入点位置给定条件下的过渡段轨道设计问题,提出了一种最优过渡段轨道的设计方法。首先,在制动点给定的条件下,由制动脉冲最大限制求得初始航迹角的区间范围,然后详细推导了由给定再入角解析计算初始航迹角的公式,进而可由初始航迹角计算所需的离轨制动脉冲和转移时间。最后用一维搜索策略对转移时间最短和燃料消耗最小的最优制动点位置进行了迭代求解。仿真表明,该算法简单易行,具有很强的实时性,对于空天再入飞行器再入时最优过渡轨道的设计具有较高的工程应用价值。

遂渝线无砟轨道动力学性能研究

研究目的:研究建立无砟轨道结构动力学性能评估的方法和手段。研究方法:应用车辆-轨道耦合动力学理论,建立列车-无砟轨道空间耦合振动模型,从而导出弹性地基上轨道板的运动方程;应用开发的无砟轨道动力学仿真软件TRACKDYNA,系统地研究评估遂渝线综合试验段无砟轨道及其过渡段的动力学性能。研究结果:快速客车、重载货车以及普通货车通过路基上板式轨道时,轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、CA砂浆动应力、路基面动应力等动力学指标均小于容许值。研究结论:遂渝线无砟轨道结构动力学性能满足设计要求,过渡段结构设计方案是合理的;对于双块式轨道过渡段,适当降低2种轨道连接点处双块式轨道前几个扣结点的轨下胶垫刚度,可改善过渡段的动力学性能。

列车通过轨道不平顺和刚度突变时对轨道振动的影响

通过建立轨道振动微分方程,推导了单轮作用下考虑轨道不平顺和轨道基础刚度突变的轨道变形解析表达式。利用该解析解和叠加原理,研究了轨道不平顺和轨道刚度突变对轨道振动的影响,分析了单轮对和TGV高速动车通过不同的轨道不平顺和4种轨道刚度比时的轨道动力响应。计算表明,轨道不平顺和轨道刚度突变对轨道振动有较大影响,其影响随着轨道不平顺振幅、刚度比和列车速度的增加而增加。

重载货运线路铁路桥梁引桥问题的研究

美国伊利伊诺大学根据与美国联邦铁路局签订合同的要求，对导致铁路线路过渡段出现微差移动的各种因素开展研究工作。此项研究的目的是寻求解决铁路线路过渡段维差移动问题的新的设计方案及修复方法。为此，伊利伊诺大学的研究人员利用地质技术试验仪器及特性监测设备．对不同路基层引起铁路桥梁引桥出现微差移动的作用进行量化。作为研究工作的一部分．伊利伊诺大学的研究人员在靠近英格尔赛德诺福克南铁路公司（NS）N干线上的两段引桥上安装了试验仪器，对该段线路上经常出现的轨道几何尺寸恶化开展研究。本报告介绍了试验活动、数据采集方法及初步试验结果等情况。