一种环境振动源强预测随机可靠度分析方法

不同线路之间工程条件的差异导致18导则半经验模型环境振动源强预测准确度较低,致使后续减振工作浪费大量时间、经济成本。为了提高预测准确度,实现环境振动敏感点的精准筛选,节约减振成本。建立了可以反映隧道壁振动的车辆-轨道-盾构隧道耦合振动模型,基于蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法提出了一种环境振动源强预测随机可靠度分析方法,以半经验模型中的3个修正项C_(W)、C_(R)及C_(T)为例,分析了导致修正项预测准确度具有随机不确定性的主要因素并提出了相应的标准化管理建议。主要研究结论如下:所建模型具有较高的计算效率和计算精度,单个工况计算时间为90 s,可弥补MC法耗时的缺点,时域幅值误差在12%以内,源强误差在1 dB以内;同种扣件不同弹性垫板之间非线性载频变刚度的差异是导致C_(W)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,该因素会导致源强预测存在-1~+3 dB的误差;不同线路之间钢轨磨耗等级的差异是导致C_(R)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,该因素会导致源强预测存在-3~+3 dB的误差;不同中硬土之间弹性模量的差异过大是导致C_(T)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,当土体剪切波速在250~375 m/s时C_(T)的准确度较高,当在375~500 m/s时,C_(T)的准确性较低,预测误差可达3 dB;当同时考虑多个修正项带来的误差时,源强预测误差范围可达-4~+9 dB,设计时极有可能采取不符合断面实际要求的减振措施,从而浪费大量减振成本,因此建议严格控制扣件弹性垫板非线性载频变刚度、钢轨磨耗等级等因素的随机性,并以剪切波速375 m/s为界将中硬土划为两类并给出相应的修正项。

基于分数阶Zener模型的高速铁路扣件动静刚度比限值研究

目前,高速铁路扣件动静刚度比的设计更多的是凭经验进行,且仅针对低频,缺乏可靠的理论基础。基于此,使用能够较好反映黏弹性材料刚度频变特性的分数阶Zener模型,采用编程和Simpack-Simulink联合仿真的方法,首先建立车辆-轨道耦合动力学模型,验证2种方法模拟扣件系统黏弹性特征的正确性和可行性;然后通过修改分数阶Zener模型的松弛时间得到具有不同动静刚度比的扣件模型,以焊缝不平顺与高铁谱作为轨道不平顺激励,分别模拟高铁350 km/h匀速、350 km/h减速和450 km/h减速不同扣件系统动静刚度比条件下列车的运营状态;最后,以动态轮重减载率为限定指标研究不同运营时速下的扣件系统动静刚度比取值范围,讨论扣件静刚度降低对轮重减载率的影响。研究结果表明:列车在减速条件下的动态轮重减载率相较于匀速条件呈现出明显的上升趋势;当列车以350 km/h减速运行时,扣件在过车频率下的动静刚度比不应超过1.7,此时对应的扣件低频(3~5 Hz)动静刚度比为1.34;当列车以450 km/h减速运行时,扣件在过车频率下的动静刚度比建议不超过1.6,此时对应的扣件低频(3~5 Hz)动静刚度比建议不超过1.27;满足钢轨最大位移限值条件下,降低扣件静刚度可为扣件动静刚度比的设计提供更多余量。以上研究可为450 km/h速度运行下的高速铁路轨道刚度设计提供一定的参考。