基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道耦合系统垂向随机振动分析

将钢轨视为无限长Timoshenko梁,由两层弹簧阻尼系统连续支撑,在频域建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型。提出采用格林函数法求解钢轨运动偏微分方程,可在较宽频域内得到轨道动力响应避免模态截断频率限制,结合车辆方程求解点导纳及传递导纳,运用虚拟激励法将真实轨道谱激励作为系统输入,求解车辆-轨道系统随机振动响应,并将该弹性轨道与传统刚性轨道、简化弹簧轨道模型结果进行对比。研究结果表明,采用格林函数法求解无限长Timoshenko梁弹性轨道模型可快速实现全频域计算,得到轨道系统频率响应特性。利用虚拟激励法及叠加法,可得到轮轨多点接触工况下的车辆与轨道结构随机振动响应。采用刚性轨道结构模型会导致过高估计车辆结构在高频的振动,整个耦合系统振动响应均对速度较敏感。考虑轨道弹性影响的弹性轨道模型更符合实际,采用格林函数法求解轨道模型较为快速精确。

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 。

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。

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。

基于钢轨波磨特征的车辆运行安全性评估及轮轨力预测

针对北京地铁6号线梯形轨枕直线段轨道上出现的钢轨波磨现象,通过Matlab编程建立了车辆-轨道耦合动力学垂向模型,以钢轨波磨特征及轨道垂向不平顺作为系统激励,从轮轨间作用力出发,基于线路实测数据分析和数值仿真研究相结合的方法,从时域和频域2个方面分析了不同波磨特征对轮轨垂向力的影响,以轮轨垂向力安全限值作为评判指标进行了车辆运行安全性评估。研究结果表明:轮轨垂向力随着波深的增大而增大,随着波长的增大而缓慢减小。利用BP神经网络搭建了波长、波深和轮轨垂向力间的关系,训练得到了轮轨力预测模型,该模型可以通过波磨特征准确预测轮轨垂向力幅值,与目前现有的检查手段相结合,能够为更好地指导轨道维修提供理论依据。

轨道纵向刚度变化对快速列车轮轨受力的影响

由于轨道刚度是铁路轨道设计的重要参数 ,直接影响到列车的运行安全和平稳性 ,因此运用车辆 -轨道垂向系统统一模型和新型预测 -校正数值积分法 ,对铁路快速列车以不同速度通过因道床和轨下垫层刚度变化而引起的动力不平顺轨道段时车辆和轨道的响应进行了仿真计算 ,进一步分析了轨道纵向刚度变化对铁路快速列车轮轨受力的影响 .

250km/h高速铁路轨道不平顺的安全管理

利用根据车辆 轨道耦合动力学思想所建立车辆 轨道垂横耦合模型 ,在充分考虑多种波长并存的情况下 ,仿真计算了 2 5 0km/h高速铁路各种轨道不平顺的管理目标值。计算结果与日本和德国高速铁路轨道不平顺的经验管理目标值基本一致。

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。

P2共振型波磨激励下轮轨垂向动力学响应研究

为分析小半径曲线上P2共振型波磨激励下轮轨垂向动力学响应,于时域内建立车辆-轨道耦合动力学模型。在69 Hz的P2共振型波磨激励下,将车辆通过速度、波磨波长、波深等参数的变化考虑在内,模拟线路中不同工况对轮轨垂向动力学响应的影响。结果表明:在波深为0.2 mm时,随着车辆运行速度和波磨波长变化,轮对垂向动力学响应均在69 Hz达到最大值,说明与其他波磨通过频率相比,P2共振型波磨对轮对垂向响应影响最大;与无钢轨波磨工况相比,钢轨波磨工况的轮轨垂向动力响应均明显提高,且响应频率与波磨通过频率吻合;随着波磨波深的增加,轮轨间动力学响应加剧,这与现场实际情况和以往研究结论相符。

季节变化对列车行驶路基动应力的影响及简化计算方法

我国众多铁路干线分布于深季节冻土地区。铁路路基土层的冻融状态随着季节的交替变化而改变,相应的列车行驶时引起的路基动应力分布也有所不同。考虑路基土体的参振效应,通过改进车辆-轨道-路基垂向耦合动力学模型获取不同季节列车行驶振动荷载时程,进而通过动力有限元数值模拟方法,研究季节变化对列车行驶引起的路基动应力分布规律的影响。研究表明:路基土中的动应力幅值及其沿路基深度的分布规律与该时期路基土的冻融状态密切相关,基于此结论,提出深季节冻土地区不同季节铁路冻土下限范围内路基动应力的简化计算方法。该研究对于优化季节性冻土地区铁路路基设计方法,完善路基长期动力稳定性能评价方法等具有重要意义。

地铁小半径曲线段钢轨磨耗分布发展特性分析

基于车辆-轨道耦合动力学模型和Archard磨耗模型,对小半径曲线地铁钢轨在不同轴重、摩擦因数和运行速度影响下的磨耗特性进行了分析与讨论。结果表明:左轨磨耗集中于轨肩,右轨磨耗集中于轨头中部,且左轨累积磨耗幅值均大于右轨。当轴重增加时,左、右轨磨耗量均随之增大。当摩擦因数增加时,左、右轨磨耗量均随之增大。当车速增加时,左轨磨耗量增大,右轨趋于减小。相对车速80 km/h而言,左轨磨耗40 km/h时趋向轨肩,60 km/h时趋向轨头中部;右轨基本不变。通过对钢轨型面预测分析可得:左轨磨耗集中于轨头中部及轨肩,且轨肩磨耗量较大,最大幅值位于钢轨横向位置18.506 mm处,达到0.820 mm;右轨型面均出现了不同程度的磨耗,且轨头中部磨耗量相对较大,最大幅值位于钢轨横向位置2.082 mm处,达到0.170 mm。