弹性轮对车辆-轨道垂向耦合系统动力学研究

建立了弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统动力学模型 ,推导了弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统振动微分方程。通过输入脉冲型激扰 ,对弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统进行了轮轨力及轮轨接触应力的动力学仿真 。

考虑轮轨非线性接触的车辆-轨道-桥梁垂向耦合系统随机振动分析

基于列车-轨道-桥梁耦合动力学理论,考虑轮轨接触非线性,采用广义概率密度演化理论建立了列车-轨道-桥梁垂向耦合系统非线性随机振动方程。采用数论选点法结合谱表示-随机函数法生成轨道随机不平顺样本,实现了用两个随机变量和少量样本较精确地反映轨道不平顺功率谱的随机特性。以高速列车-简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道为例,从概率及可靠度角度,考虑非线性轮轨关系中跳轨现象以及轨道随机平顺影响,对比分析了线性与非线性轮轨对车辆运行安全性的影响;计算了不同轨道谱、车辆运行速度下轮重减载率概率密度演化规律及其对车辆运行安全性影响。结果表明,建议的方法可通过较少的随机变量和样本计算得到车辆-轨道-桥梁耦合系统非线性随机动力响应及其概率分布,可为车辆运行安全性评价提供更好的指导。

基于轮轨时变接触刚度的车辆-轨道系统垂向振动分析

采用轮轨时变接触刚度代替轮轨非线性接触力的动力效应,模拟轮轨之间的自然接触状态,将有限元理论和能量变分法用于建立车辆-轨道系统垂向统一方程。通过输入脉冲型短波及中、长波不平顺激励,计算系统的动力响应,验证本文模型的正确性,并与国内常用的轮轨密贴模型进行比较分析。研究结果表明:轮轨密贴模型在分析中、长波不平顺激励工况下的系统动力响应是可行的;但在短波不平顺激励工况下,轮轨之间的刚性处理方法将放大短波激励效应,车轮"跳轨"处理方法尚需改进。

扣件弹性失效对车辆-轨道系统动态特性影响研究

通过有限元ANSYS和多体动力学SIMPACK联合仿真,运用车辆-轨道耦合动力学理论,实现车辆-轨道耦合振动整体模型,计算分析扣件失效对车辆及轨道的各项动力学性能指标的影响。研究结果表明:弹性扣件失效引起轨道结构刚度不平顺,尤其是连续失效状态下,加剧轮轨间相互作用,增大了轨道结构,尤其是钢轨、扣件弹性失效点处相邻扣件的动力响应,加速轮轨系统各个部件的损害,但对行车平稳性的影响不大,且在低速状态下,速度对弹性失效相邻扣件节点的支反力变化幅值的影响相对较小。

弹性长枕无砟轨道动刚度垂向耦合动力及能量分析

本文探索弹性长枕无砟轨道动刚度的变化规律、轨道动力刚度改变对车辆-轨道耦合系统中各构件动力响应及其与车辆、轨道子系统中能量(动能、势能)变化的关系。利用车辆-轨道耦合及哈密顿原理,列出耦合系统总动能、势能和阻尼做功方程并作一阶变分,按对号入座法得出耦合系统总质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵,再用Wilson-θ法求解微分方程。通过计算结果分析得出:轨道垂向动刚度与车速的变化规律;扣件刚度、枕下支撑刚度、道床板下(路基)支撑刚度各自对轨道动刚度的影响程度及其与耦合系统中各构件垂向位移、加速度之间的关系;车辆、轨道子系统势能(动能)与轨道动刚度之间的关系,势能(动能)也可作为评价轨道振动的依据。

车辆-轨道系统激振源随机分析

简述轨道不平顺的时-空随机特性和时-空随机样本的概率计算及反演方法 ,基于弹性系统动力学总势能不变值原理、形成矩阵的"对号入座"法则以及车辆-轨道耦合动力学理论,建立适合不同激振源的车辆-轨道系统动力计算模型。通过车辆-轨道系统激振源随机分析,论证系统激振源与系统随机响应之间的概率转换关系;采用激振源时-空随机分析方法,可以获取系统在不同概率水平下的振动响应;将构架蛇形波作为车轨系统横向激振源计算系统响应极值具有一定的可行性。

考虑弹性轮对的车辆-轨道耦合动力学建模及减振特性研究

弹性轮对作为一种减振降噪的轮对结构,通常用于有轨电车这类对振动噪声有较高要求的轨道交通系统。由于弹性轮对结构复杂,因此建立理想的动力学模型成为研究弹性轮对的重点和难点。建立弹性轮对车辆-轨道空间耦合动力学模型,将弹性轮对解耦为轮芯、左轮辋和右轮辋3部分,每部分均考虑6自由度,轮芯与轮辋间通过橡胶层连接。轨道系统被考虑为钢轨-轨道板-路基的多层结构,钢轨采用Timoshenko梁模拟。对比分析弹性轮对车辆和普通轮对车辆在随机谱和冲击条件下的动力学和减振特性,分析轮辋载荷特性,调查橡胶层等效刚度对轮轨力和轴箱加速度的影响。结果表明:弹性轮对的动力学和减振性能均优于普通轮对;轮轨力、轴箱加速度与橡胶层等效刚度呈现明显的非线性。该模型和相关结论为弹性轮对的建模和优化提供理论参考。

车轨桥振动系统垂向模型和空间模型的比较

分别建立了车辆-轨道-桥梁系统的垂向耦合振动模型和空间耦合振动模型，并通过功率普密度得到轨道高低不平顺的时域模拟样本，以其作为激励，分析两种模型下车辆-轨道-桥梁耦合振动系统的振动响应。通过对比相同轨道高低不平顺激励下垂向振动模型和空间振动模型的垂向振动响应计算结果，分析了两种模型的优缺点和适用性。

地铁列车速度对扣件系统垂向动刚度的影响

扣件胶垫材料的动刚度受加载频率影响较大。基于一城市地铁GJ-Ⅲ型中等减振扣件系统的现场测试结果,采用多刚体动力学软件建立车辆-轨道耦合模型,分析车速对扣件系统垂向动刚度的影响。为避免刚柔耦合模型繁复的计算过程,在黏弹性高分子材料激振频率-动刚度经验公式的基础上推导出车速-扣件系统垂向动刚度经验公式,并结合现场测试结果验证了该经验公式可较为准确地估算车速变化时扣件系统的垂向动刚度。结合该经验公式,利用仿真模型计算得出车速与扣件系统垂向动刚度的关系。结果表明,扣件系统垂向动刚度随车速的增加而增大,但增幅逐渐减小;对于正常运营的地铁列车,若不考虑车速对扣件垂向动刚度的影响,钢轨垂向振动中心频率在0~20 Hz内会高估钢轨垂向振动加速度振级。