扣件支承模拟方式对车辆-轨道动力学行为的影响

针对车辆-轨道耦合动力学模型中扣件支承的模拟方式,建立了车辆-轨道动力学精细化空间实体模型,研究了扣件支承方式分别为单点支承、多点支承以及连续支承时,轮轨相互作用力、钢轨振动加速度、钢轨受力变形等动力学行为的差异。结果表明:(1)轮轨相互作用方面,扣件模拟为单点支承时轮轨垂横向力最大,连续支承时轮轨垂横向力最小,多点支承时轮轨垂横向力介于两者之间。(2)单点支承模型的钢轨和轨道板振动加速度明显大于多点支承和连续支承。(3)钢轨在单点支承条件下,由于轨底局部支承应力较大,钢轨的动弯应力和动位移均大于多点支承和连续支承情况。因此,在建立精细化的车辆-轨道动力学模型时采用多点支承形式来模拟扣件系统是较为合理的。

实测轨道不平顺激励对地铁车辆动力学性能的影响

文章基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑实测轨道不平顺激励的地铁列车-轨道空间耦合动力学模型;分析了线路实测不平顺与现有仿真常用的美国AAR6级轨道谱对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响。结果表明:现有仿真采用的美国AAR6级轨道谱会高估轮轨相互作用状态和轨道变形,却严重低估了轨道系统的振动影响。因此,开展符合我国城市轨道交通实际状态的轨道谱的研究,能够有效提高车辆-轨道力学性能评估的准确性,使我国城市轨道交通得到进一步的发展。

波浪荷载作用下车辆-轨道-悬浮隧道动力响应研究

为实现波浪荷载作用下车辆-轨道-悬浮隧道系统耦合动力学行为模拟和分析,基于车辆-轨道耦合动力学理论,引入轮轨非线性时变单元矩阵法和结构单元多尺度耦合法,采用弹簧-阻尼单元模拟锚索系统,建立车辆-轨道-悬浮隧道动力相互作用模型;根据线性波浪理论和Morison方程,确定波浪荷载计算方法;最后,基于所建立的车辆-轨道-悬浮隧道动力相互作用模型开展数值仿真模拟,研究波浪荷载作用下锚索等效刚度、波浪高度、行车速度等参数变化时系统振动响应特性及传播规律。研究结果表明:锚索等效刚度变化对轨道-悬浮隧道系统结构位移的影响显著,提高锚索等效刚度能够有效抑制结构位移增大,且考虑部分锚索失效后系统结构位移变化较大,位移增幅均大于43%,不利于结构稳定;轨道-悬浮隧道系统结构的横向位移主要由波浪荷载引起,随着波浪高度增加,轨道-悬浮隧道系统结构位移整体上呈增大趋势;在工程设计过程中,应充分调研场地水环境,并合理设置轨道-悬浮隧道系统的结构参数,以确保系统的安全性和稳定性。

车辆-轨道系统动力极值预测及可靠度计算

为从车辆-轨道系统的动力极值预测及其可靠度计算角度分析车辆系统行车安全、衡量系统可靠程度,基于车辆-轨道耦合动力学及概率理论,提出一种车轨系统动力极值预测及可靠度评估方法。首先,基于轨道不平顺概率模型,采用轨道不平顺累计概率谱确定具有不同激振能量的随机不平顺序列;依据离散Parseval定理,建立轨道不平顺时域序列和功率谱间的对应关系;将轨道不平顺概率模型与车辆-轨道耦合动力学模型相结合,从随机动力计算中提取车辆-轨道的动力极值及可靠度信息;随后利用车辆-轨道耦合动力模型及二维插值算子,根据谱线能量关系实现动力极值预测;此外,基于此系统激励输入与响应输出间的概率等效性,导出了动力极值的可靠度计算式。以实测的轨道不平顺和车体加速度数据及4种类型不平顺在不同累计概率下的谱组合计算得出的轮轨横向力和钢轨垂向位移的计算结果为样本,与预测结果进行对比。研究结果表明:计算时程的分布趋势基本与实测时程一致,动力极值预测结果与实际的动力计算结果较为接近。由于轨道不平顺随机性的存在使得车辆-轨道系统的动力响应存在随机离散及方差特征,但通过轨道不平顺的幅频及能量特性预测车辆-轨道系统的动力极值的方法是较为可行的。

钢弹簧失能下车辆-浮置板轨道耦合系统动力特性研究

在列车荷载作用下浮置板轨道会发生钢弹簧失能,为研究此问题对车辆-浮置板轨道系统动力特性的影响,基于车辆-轨道动力学理论,建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,研究不同钢弹簧失能数量、位置、组合形式对车辆-浮置板轨道系统动力响应的影响。结果表明:当钢弹簧失能数量相同时,同一块浮置板的振动响应板中位置大于板端位置;钢弹簧失能1个时,板中位置钢轨、浮置板位移最大值分别比板端位置大0.49 mm和0.22 mm,加速度有效值分别比板端位置大13.34%和21.42%;单侧连续失能钢弹簧数量≥2个时,列车荷载作用下钢轨和浮置板垂向位移最大值均分别超出《浮置板轨道技术规范》规定的限值4 mm和3 mm;车体在频域上的振动响应主要集中在10 Hz内,钢弹簧失能会导致车体振动响应在频域上增大;单侧钢弹簧失能2个比双侧失能2个的钢轨位移最大值、加速度有效值分别增大17.75%、2.22%,比正常状态下钢轨位移、加速度分别增大37.08%,10.84%。钢弹簧失能增加了系统的振动响应,影响减振效果,应注意及时检修。

基于UM的车辆-轨道耦合动力学建模及仿真分析

基于多体系统动力学理论,分析某动车各构造拓扑关系及其力学特性,利用多体动力学软件UM建立50个自由度的车辆-轨道动力学模型,仿真分析了车辆的非线性临界速度、脱轨系数、振动加速度及平稳性指数等动力学特性,获得了该型动车直线运行的非线性临界速度477km/h;以200km/h的时速通过曲线半径R=4 000m的曲线线路时车体横向、垂向Sperling平稳性指数分别为2.01和1.69;车体横向、垂向加速度分别为0.062g和0.046g;1位轮对的最大脱轨系数和轮重减载率分别为0.182和0.406 4.研究结果表明:该型动车具有较好的动力学性能.

不同车辆-轨道垂向动力学模型功率流传递特性研究

基于4种不同精细化程度的车辆-轨道垂向动力学模型,利用解析方法建立了形式统一的系统相邻部件间功率流传递函数,给出了车辆一系悬挂、二系悬挂、轮轨间以及钢轨和轨枕间的振动功率流传递特性,分析模型的精细化和弹性化对于各部件间功率流传递特征的影响。以精细化程度最高的模型为研究对象,讨论车辆悬挂参数和部件惯性参数的改变对部件间功率流传递特征的影响。结果表明,简单模型能够较为真实地模拟车辆低频传递特性,但对中、高频传递特性的表达与复杂精细模型相差较大;位于激励源附近位置的轮对和钢轨,在其固有频率附近的振动能量往往具有较强的传播性;簧下质量的变化对轨枕至道砟的传递特性的影响最为明显。

基于车辆-轨道耦合动力学的400km/h高速铁路线路平面参数设计研究

为推进我国400km/h等级高速铁路的规划建设和创新发展,本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,开展了既有350km/h高速铁路曲线设计参数适应性分析和400km/h高速铁路线路平面参数设计方法研究,揭示了平面参数匹配关系对系统动力学性能的影响规律。研究结果表明:当曲线半径小于7000m时,既有规范的曲线设计参数不再适用;在满足动力学指标和欠/过超高限值要求的条件下,并考虑留有一定的安全裕量,建议400km/h高速铁路曲线半径不应小于7500m;相比于既有欠/过超高设计要求,综合考虑车轨系统动力学性能指标来设计曲线超高具有更宽的合理设置范围。本文通过系统的动力学分析,提出400km/h条件下曲线线路平面参数匹配建议值,并评估了其安全裕量,研究成果可为400km/h高速铁路线路平面设计提供理论参考。

基于车辆-轨道耦合动力学理论的车辆动态包络线计算

针对现行车辆限界评判标准中考虑因素不全面、计算结果偏于保守的缺陷,研究了车辆在具体线路轨道上运行时的动态包络线计算问题。基于车辆-轨道耦合动力学理论,考虑轨道参振对车辆动态包络线的影响,并综合车辆在运行过程中所涉及到的其他限制因素,提出了一种精确计算车辆动态包络线的新方法,并运用该方法开展了工程实际应用研究。仿真结果表明:运用客车-轨道空间耦合模型计算车辆动态包络线时,计算过程更方便快捷,计算结果更直观精确,可为制定更加合理的车辆限界标准提供理论支撑。

无砟轨道层间离缝对时速400 km高速铁路车辆-轨道系统动力特性影响

CRTSⅢ型板式无砟轨道在我国高速铁路中得到了广泛应用,在长期列车荷载与温度等因素共同作用下,轨道板与自密实混凝土层的脱黏与离缝已成为该种轨道结构的典型病害。为研究时速400 km条件下,板边层间离缝对于车辆-轨道系统动力特性的影响,通过建立高速车辆-无砟轨道空间动力学模型,系统分析不同离缝程度对行车系统动态响应的影响。研究结果表明:离缝主要影响轨道结构振动,对车体振动和车辆运行平稳性影响不大;离缝扩张使得轨道板振动位移和振动加速度幅值显著增大,速度提高时其影响更为明显;离缝劣化容易提高轮重减载率,导致轮对振动加速度幅值增大,随着离缝继续扩展至轨下区域,轮轨接触状态逐渐恶化,严重时将危及高速行车的安全性。综合分析表明,既有高速铁路维修标准对时速400 km高速铁路具有一定适应性。

两种类型踏面的车辆与轨道耦合动力学性能比较

采用车辆 轨道耦合动力学理论及其相应的动力学仿真软件TTISIM ,分别对锥形 (TB型 )和磨耗形 (LM型 )踏面车辆与轨道的动力学性能进行理论仿真计算 ,并对计算结果进行了详细的比较。结果表明 :LM型踏面有利于车辆动态曲线通过 ;TB型踏面对提高车辆蛇行失稳临界速度有利 ;

车辆—轨道系统高中低频动力学模型的理论特征及其应用范围的研究

针对铁路在提速和高速发展中碰到的车辆—轨道系统的结构磨损加剧、关键部件疲劳破坏和噪声等问题,提出必须进行车辆—轨道系统高中低频范围的动力学模型研究。根据激扰的差异及其波长范围,针对车辆—轨道系统动力学在低频、中频和高频3个范围内存在问题的性质,建立符合研究要求的车辆模型、轨道模型和轮轨接触模型,并采用合理的数学方法求解。认为以车辆—轨道系统的频率特征为基础,进行完整的车辆—轨道系统动力学研究,可以有效研究车辆—轨道系统的短时动力学和长期行为之间的关系。

减振轨道对地铁车辆动力学性能的影响研究

为研究地铁A型车辆在不同等级减振轨道上行车时的动力学特性,基于车辆-轨道耦合动力学理论,以深圳地铁某线路实际铺设的不同等级减振轨道为研究对象,建立考虑不同等级减振轨道的地铁A型车辆-轨道垂向耦合动力学模型,采用数值仿真的方法分析不同等级减振轨道下车辆-轨道耦合系统的动力学特性。结果表明:相对于铺设其他两种等级减振轨道,铺设高等和特殊减振轨道时车体的垂向振动加速度均方根值增幅超过30%,车体垂向Sperling平稳性指标增幅超过5%;钢轨垂向位移增加明显且钢轨垂向位移的标准差增加了约3倍。主要结论为:采用高等级减振轨道会一定程度恶化车辆动力学性能和乘客乘车环境,在实际选取不同等级减振轨道时应综合考虑地铁车辆的行车动力学性能。

机车车辆—轨道耦合动力学仿真系统的集成研究

机车车辆—轨道耦合动力学仿真已经开展了数值仿真、图形可视化等研究 ,但如何将相关的研究集成起来 ,形成一个单平台的较为完善的仿真系统 ,是一个急待解决的问题。文中采用面向对象的系统设计方法 ,结合基于变参数的车辆几何结构的三维生成、基于帧图象的动力学可视再现和曲线二维可视化等技术 ,将系统可视化模块和动力学计算模块有效地结合起来 ,研究了系统开发环境的结合方式、系统集成框架、基于CVF、VC和OPENGL等不同语言间的混合联编等问题。并给出了系统集成中基于标识集的数据传递流程和共享方式 ,定义了不同的独立模块之间的数据接口 ,提供了一个考虑计算、图形、和综合可视界面的合理的系统开发环境 。

车辆—轨道耦合动力学研究的新进展

车辆—轨道耦合动力学是在传统的车辆动力学和轨道动力学基础上发展起来的一个新的学科领域 ,近 10年来发展迅速 ,并取得重要进展 ,已形成独特的理论体系。本文首先简要回顾了车辆—轨道耦合动力学的研究历史 ,并对国内外研究进展作了概要介绍 ;在此基础上着重介绍了作者及其课题组近期开展的研究工作及主要研究结果 ,包括理论模型、计算机仿真、试验验证、参数确定及应用实践等方面的具体进展 ;

《车辆-轨道耦合动力学》第3版出版

西南交通大学牵引动力国家重点实验室翟婉明教授撰写的专著《车辆-轨道耦合动力学》第3版已于2007年由科学出版社出版，全书50万字，共18章，分上、下两篇。 第3版是作者在1997年出版的第1版、2002年出版的第2版专著《车辆-轨道耦合动力学》的基础上，根据近年来承担国家、铁道部、教育部、四川省和铁路应用部门的一系列相关科研课题研究取得的最新成果重新撰写、修订而成的，在前2个版本的基础上有了重要发展．新版本理论体系上更趋完整，

浮置板剪力铰对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑浮置板剪力铰连接作用下的列车-钢弹簧浮置板轨道空间耦合动力学模型。将浮置板视为弹性薄板,同时考虑剪力铰对浮置板的横向与垂向约束作用,分析了直线和曲线线路条件下剪力铰对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响。结果表明:浮置板剪力铰能明显改善轮轨动力相互作用,缓解列车通过浮置板接缝时轮轨横向力和垂向力产生的冲击;浮置板剪力铰对减小地铁列车的振动也有一定的改善作用,其对轮对振动的影响最大,对构架振动的影响次之,对车体振动的影响最小;地铁列车通过直线线路时,浮置板剪力铰对板端扣件受力的改善作用明显;地铁列车通过曲线线路时,剪力铰对浮置板的横向位移、水平面内转动角和钢弹簧横向力的改善作用比较明显,对扣件横向力影响较小。

不同无砟轨道类型对车辆动力学特性影响的数值分析

利用车辆-轨道耦合动力学理论,建立了不同类型无砟轨道垂向耦合动力学模型,分别计算了整体式无砟轨道、板式无砟轨道以及浮置板式无砟轨道在列车运行下的振动响应,分析比较系统振动响应受无砟轨道道床类型、车速、不平顺波深、扣件刚度和板下弹簧刚度的影响。结果表明,系统振动响应均随车速的提高而增大;车速、不平顺波深、扣件刚度和板下弹簧刚度对整体道床式无砟轨道系统振动响应影响最大,板式无砟轨道次之,对浮置板式无砟轨道系统振动响应影响最小;相对而言,浮置板式无砟轨道动力特性最好,其次为板式无砟轨道,整体式无砟轨道的动力特性最差。

钢轨波磨对地铁车辆动力学响应的影响

建立地铁车辆-轨道耦合动力学模型,将钢轨视为弹性离散点支撑的无限长Timoshenko梁,将实测钢轨短波波磨不平顺数据作为不平顺激励.通过数值计算得到在科隆蛋扣件线路上不平顺发展过程中车辆动力学响应的变化情况.随着短波波磨不平顺幅值的增大,轮对和转向架的横、垂向加速度以及轮轨横、垂向力均呈增大趋势,且受不平顺程度的影响较大.结果表明钢轨波磨主要影响车辆系统的垂向振动.

轨道不平顺波长和幅值对高速动车组动力学性能的影响分析

为了更有针对性地控制高速铁路轨道不平顺,保证某型高速动车组在线路上安全、平稳运行,通过动力学仿真,分析轨道不平顺波长和幅值对车辆动力学性能的影响规律,确定轨道养护维修时需重点关注的不平顺波长范围。针对某型高速动车组,将轨道不平顺简化为不同波长、不同幅值的谐波型高低、轨向、水平和扭曲不平顺,基于车辆-轨道耦合动力学模型对不平顺激扰下的车辆动力学性能进行仿真分析。分析表明,中、短波长的不平顺对轮轨动力相互作用和行车安全性有显著影响,对运行平稳性也有一定影响;中、长波长的不平顺主要影响运行平稳性。不平顺幅值对车辆动力学性能指标的影响规律基本呈线性变化,敏感波长条件下的不平顺幅值变化对系统动力响应的影响尤为显著。分析结果确定了某型高速动车组的敏感波长范围及其幅值影响规律,明确了养护维修重点,将有助于提高养护维修效率,提升高速动车组运行品质。