基于车轨耦合动力学分析的地铁e型弹条扣件疲劳寿命预测

地铁是城市交通的重要组成部分,而扣件系统是地铁轨道结构的关键部件,起到固定钢轨、减振降噪的作用。为分析地铁e型弹条扣件的疲劳性能,基于车辆轨道动力学理论,通过多体动力学软件UM建立了车轨耦合模型,研究了车辆速度、轨道不平顺类型以及曲线半径与钢轨动力学响应的关系;并通过有限元软件ABAQUS对扣件系统进行了仿真计算,将车轨耦合动力分析得到的钢轨位移作为疲劳荷载,采用应力疲劳计算的方法对弹条的疲劳寿命进行了预测和分析。结果表明:钢轨位移响应受不平顺类型和车辆速度的影响较小,而加速度响应对两者则比较敏感;轨道曲线半径的改变,对内轨位移的影响相对明显,随着半径的减小,内轨的位移时程曲线出现明显的上移,同时对加速度的影响也增大,内轨加速度峰值呈增大趋势;基于此模型计算的弹条疲劳寿命为2.14×10^(7)次,寿命最低处位于弹条后拱小圆弧段,与实际断裂位置相吻合;弹条初始安装扣压力对弹条疲劳寿命的影响很大,随着初始安装扣压力的增大,弹条的疲劳寿命不断减小,且减小的速度趋于增大,为确保弹条扣件处于良好的工作状态,初始扣压力应当控制在11~15 kN范围内。

钢轨动力吸振器对地铁车轨振动的影响分析

基于车轨耦合动力学理论,建立地铁车辆与地铁常用整体道床轨道的耦合动力学模型。对比地铁车辆在加装动力吸振器和未加装钢轨动力吸振器的轨道运行时的车体加速度、轮轨相互作用力、钢轨加速度以及轨道板(道床板)振动加速度等指标,综合分析其对车辆和轨道的影响,对钢轨动力吸振器的应用具有理论指导意义。对比从时域和频域分别进行,结果表明,地铁整体道床轨道在加装钢轨动力吸振器以后,车体垂向加速度受到的影响很微小;轮轨动作用力有减小趋势;钢轨加速度和道床板表面加速度在钢轨pinned-pinned共振频率附近有明显的降低。安装钢轨动力吸振器有利于轨道减振降噪,对轮轨动作用力的降低也有益处。

超导钉扎高速磁浮车-轨耦合动力学建模与仿真

为探究超导钉扎磁浮车辆高速运行动态特性,建立车-轨耦合空间模型,开展不同车速下的动力学仿真。结合有限元方法获得磁轨关系数学模型;基于牛顿-欧拉法建立车辆模型,引入截短梁描述建立永磁轨道模型;以磁轨关系为纽带获得超导钉扎磁浮车-轨空间耦合动力学模型;利用Matlab对模型进行仿真,分析轨道振动、电机法向力和轨道不平顺等对超导钉扎磁浮车辆-轨道系统动态响应的影响。结果表明:磁浮车辆系统的振动受轨道不平顺和车速的影响较大,受轨道振动的影响可忽略不计;在速度为620 km/h时,车体、悬浮架的最大振动加速度分别保持在0.5、8 m/s^(2)以下,具有较好的乘坐舒适性。建立的模型可为超导钉扎磁浮交通线路设计与参数优化等研究提供帮助。

地铁轮轨耦合不平顺激励对轨道振动影响分析

轮轨动态输入激励直接影响车辆-轨道耦合模型的计算结果。目前在地铁列车环境振动振源研究中,大多只考虑了轨道不平顺的激励而忽略了车轮不圆顺的影响。为了构建地铁轮轨耦合不平顺激励、综合分析轨道不平顺以及车轮、钢轨的磨耗状态对轨道动力响应的影响,对一列地铁列车进行了车轮不圆顺的现场测试,同时对一段区间隧道内的轨道不平顺和钢轨粗糙度均进行了测试。基于车辆-轨道耦合频域解析模型计算了轨道动力响应,比较了不同轮轨激励模式对计算结果的影响。同时,在同一区间隧道内实测了钢轨振动响应,用以验证不同激励模式计算结果的准确性。结果表明:美国谱和Sato谱会低估车轮不圆顺典型波长控制频段的振动响应,从而难以准确获得8 Hz~200 Hz频段的振动响应;按能量叠加方法获得的轮轨耦合不平顺谱可反映完备的轮轨激励信息,以此作为激励,在8 Hz~200 Hz频段,可计算获得与实测值更相近的模拟计算结果。

浮置板与整体道床轨道车轨振动特性对比分析

基于车-轨耦合动力学理论,对钢弹簧浮置板轨道和整体道床轨道进行耦合动力学分析。对比地铁车辆在两种轨道上运行时的车体加速度、轮轨相互作用力、钢轨加速度以及轨道板(道床板)振动加速度等指标,对浮置板轨道的应用具有理论指导意义。对比从时域和频域分别进行,结果表明,将整体道床轨道替换为浮置板轨道后,车体垂向加速度、轮轨动作用力受到的影响很小,时域幅值略微有减小趋势;钢轨加速度和轨道板(道床板)表面加速度有明显增大趋势,所以浮置板轨道在减小板下振动的同时势必会引起轨道结构振动噪声增大以及疲劳伤损加快等弊端,应加以研究控制。

连续型浮置板轨道隔振器疲劳载荷谱研究

研究目的：为研究连续型浮置板轨道隔振器的载荷谱，为隔振器疲劳分析计算和疲劳试验提供依据，利用车辆轨道耦合理论建立连续型浮置板轨道一列车耦合模型，考虑轨道板的弹性变形、轨道几何不平顺以及隔振器、轮轨关系和列车悬挂装置的非线性特性，计算列车通过时的隔振器动态载荷。研究结论：（1）计算结果显示隔振器载荷峰值随着车辆载重增加而线性增加，列车运行速度只影响隔振器载荷作用时间，对载荷值峰值影响不显著；（2）编制了连续型浮置板轨道隔振器在列车通过时的载荷谱，计算了不同列车载重工况下的主要参数Pi（i=0～3）；（3）提出了载荷谱参数的简化计算方法，采用简化算法所得的P3力与耦合算法相差在1％以内，P2力两者相差10％左右，P1力两者相差27％；（4）本研究成果可用于连续型浮置板隔振器疲劳试验和疲劳分析。

基于GA-BP神经网络的轨道结构病害诊断方法研究

针对BP神经网络在运算过程中极易陷入局部极小值,且对轨道结构病害识别准确率不稳定的问题,提出一种基于遗传算法优化BP神经网络的轨道结构病害诊断方法。通过建立车轨耦合动力学模型,仿真得到正常、轨枕空吊、道床松散和道床板结4种服役状态信号,利用变分模态分解和多尺度排列熵方法对振动信号进行特征提取,并组建高维特征向量,作为BP神经网络模型的输入。通过遗传算法优化BP神经网络模型,对比优化前后的识别准确率,充分证明了基于遗传算法优化BP神经网络的方法,在轨道结构病害识别及诊断上的有效性。

400 km/h高速铁路最小曲线半径取值研究

研究目的:时速400 km高速铁路是多个国家的追求目标和发展方向。目前,时速400 km高速铁路在国内外均处于前期论证阶段,相关设计标准也尚未系统建立。最小平面曲线半径是高速铁路线路设计的主要技术标准之一,对列车速度和建设成本具有很大影响。目前,国内外相关设计标准尚未对时速400 km条件下高速铁路曲线半径取值进行规定,因此有必要开展相关参数先期研究,为后续工程应用提供支撑。研究结论:(1)本文基于400 km/h高速铁路最小曲线半径理论计算值,开展了R=7 000 m曲线不同欠过超高条件下的行车性能现场试验,明确了欠过超高与列车动力响应指标之间的关联关系;(2)运用车轨耦合动力学方法,获取了400 km/h速度条件下R=7 000 m和R=7 500 m曲线行车安全性、舒适性和钢轨磨耗的差异;(3)基于试验和仿真结果,建议400 km/h新建线路的最小曲线半径取值为7 500 m(欠超高限值90 mm),为后续线路性能提升留有余量;既有350 km/h高铁提速线路的最小曲线半径取值为7 000 m(欠超高限值100 mm);(4)本研究成果可为时速400 km高速铁路相关设计标准制定与工程应用提供技术支撑。