滞变阻尼对周期轨道结构垂向振动带隙特性影响

为探究滞变阻尼对周期轨道结构带隙的影响,以我国有砟轨道为例,基于能量泛函变分原理分析其带隙特征。通过将滞变阻尼效应引入钢轨、扣件和道床中,研究了周期性有砟轨道的频散特性随阻尼的变化情况。进一步地,研究了阻尼作用下轨道结构的振动传输特性。结果表明：无阻尼轨道结构的带隙范围与振动响应的衰减范围一致;钢轨阻尼很小且对轨道结构带隙几乎没有影响,在计算和预测振动时可以忽略;扣件的阻尼会略微增加轨道结构带隙,对带隙整体影响不大,但对于振动响应,扣件阻尼的耗散作用会增加150～500 Hz内振动衰减范围;道床阻尼增大会增加第一阶带隙范围,但会减小第二阶带隙范围,在振动响应中,增大道床阻尼能够使260 Hz内的钢轨振动均发生衰减。     

小半径曲线科隆蛋扣件区段钢轨波磨成因研究

结合现场测试发现的小半径曲线科隆蛋扣件区段内轨的钢轨波磨现象,基于轮轨摩擦自激振动理论研究了该波磨现象的成因。首先,结合现场调研建立了车辆-轨道系统的动力学模型,根据动力学模型建立了相应的转向架-轮对-钢轨系统有限元模型。然后采用复特征值分析研究了轮轨系统的摩擦自激振动特性。最后采用控制变量法研究了一系悬挂垂向刚度阻尼和科隆蛋扣件刚度阻尼对轮轨系统摩擦自激振动的影响规律。研究结果表明：导向轮对与钢轨间的饱和蠕滑力引起的轮轨系统的摩擦自激振动是诱导小半径曲线科隆蛋扣件区段钢轨波磨的主要成因。转向架-轮对-钢轨系统中一系悬挂的垂向刚度和阻尼对轮轨系统摩擦自激振动的影响较小,而科隆蛋扣件参数对轮轨系统摩擦自激振动的影响较为明显。随扣件垂向刚度的增加,轮轨系统的摩擦自激振动呈现先减小后增大的趋势。扣件垂向刚度为20 MN/m时轮轨系统摩擦自激振动发生的可能性最小,同时增大扣件的垂向阻尼可以一定程度抑制轮轨系统的摩擦自激振动。     

垫层弹模对CRTSⅢ型板式无砟轨道力学特性影响

利用大型通用软件ANSYS,建立了包括钢轨、扣件、承轨台、道床板、板间树脂、垫层、支承层、基床表层、基础底层的CRTSⅢ型板式无砟轨道三维有限元力学模型,研究了在列车荷载作用下,垫层弹性模量对CRTSⅢ型板式无砟轨道系统力学特性的影响,研究结论对于完善CRTSⅢ型板式无砟轨道设计有指导意义。     

整体道床轨道扣件刚度对钢轨声功率特性的影响

为了研究整体道床轨道扣件刚度对钢轨垂向振动声功率特性的影响,建立了平面半轨道模型,利用谱元法计算了钢轨导纳,建立了轨道周期子结构模型,利用谱传递矩阵法计算了轨道衰减率;结合钢轨导纳和轨道衰减率计算结果,得到了单位简谐点激励作用下的钢轨声功率级,分析了扣件刚度对钢轨相对声功率级的影响. 研究结果表明:在单位简谐点激励作用下,中低频范围内的钢轨声功率级随着频率的增大而提高,在1/3倍频程中心频率800 Hz处,钢轨声功率级出现峰值;钢轨声功率级随着扣件刚度的减小而增大,但主要影响的频率范围为400 Hz以下;扣件刚度减小越多,钢轨声功率级增大越显著;扣件刚度的减小使得钢轨声功率级在钢轨弯曲共振频率处增加量最大,这是因为在该频率下钢轨导纳幅值增加量和轨道衰减率减少量均较大.      

快速线路轨道刚度合理值的研究

轨道动态几何形位直接对行车安全、轮轨作用力、车辆振动产生影响.轨道动态几何形位的变化与众多因素相关.轨道刚度变化同时影响着轮轨动荷载和轨道动态几何形位的变化.将沪宁线轨检车实测动态不平顺输入动力仿真软件,分别计算不同垂向和横向刚度时的轮轨动轮载和钢轨的垂向、横向动位移,并改变车辆速度和输入不平顺的大小,分析轨道不平顺、轮轨动荷载和钢轨动位移之间的关系.利用正态分布的原则统计不同状态下动轮载和动位移的最大值,分析对比钢轨动态变形和轮轨动荷载随刚度和速度的变化趋势,提出了合理的轨道刚度取值范围,并分析了初始不平顺大小对轨道动态位移的影响.     

地铁钢轨波磨对车辆和轨道动态行为的影响

采用钢轨波磨测量仪测量了钢轨波磨特征,采用加速度和位移传感器测量了钢轨打磨前后车辆和轨道零部件的振动加速度,分析了钢轨波磨对车辆和轨道零部件振动的影响,建立了车辆-轨道耦合动力学模型,研究了钢轨波磨对轮轨相互作用力的影响,确定了钢轨打磨限值。研究结果表明:钢轨波磨主波长为30~40mm,次波长为16mm;钢轨轨头和弹条在650~800Hz的振动和轴箱在670~800Hz的振动与30~40mm波长对应的车辆通过振动行为一致,因此,短波钢轨波磨导致地铁车辆和轨道零部件振动过大,是车辆一系钢弹簧和轨道扣件弹条疲劳断裂的主要原因;钢轨打磨可以有效解决疲劳断裂问题,打磨前钢轨轨头、弹条、轨枕和道床振动加速度均方根分别为243.4、309.3、17.1、2.6m·s-2,打磨后振动加速度均方根下降为51.5、8.8、1.5、0.5m·s-2;轮轨垂向力和横向力均对钢轨波磨波长非常敏感,当钢轨波磨波深为0.1mm时,35、80mm波长对应的轮轨垂向力分别为307、109kN,横向力分别为56、25kN;当车辆运营速度为90~120km·h-1时,根据轮重减载率限值标准,35mm波长钢轨波磨波深为0.05~0.08mm,根据轮轨垂向力限值标准,35mm波长钢轨波磨波深为0.03~0.06mm,建议30~40mm短波钢轨波磨波深达到0.05mm时进行打磨处理。     

列车荷载下钢轨振动加速度的空间分布特征

为了探究列车通过时钢轨振动的基本参数和敏感区域,基于多体动力学软件GENSYS和有限元软件ABAQUS,分别建立车辆-轨道动力学模型和轨道-下部基础有限元模型.以动力学模型计算得到的轮轨力为激励,输入轨道-下部基础有限元模型,计算分析车速、轨道不平顺和钢轨支承方式等因素对钢轨加速度的影响.研究结果表明:钢轨加速度从轨头到轨底逐渐减小,轨枕上方轨头加速度明显大于轨枕之间.钢轨加速度对车速最为敏感,车速从200 km/h增加到350 km/h时,无砟轨道轨头加速度从1.476 km/s2增加到2.980 km/s2.连续支承式无砟轨道,钢轨加速度小于传统离散支承式无砟轨道.加速度传感器建议安装在轨头外侧,传感器的采集频率、量程应考虑列车速度、轨道不平顺等影响.      

套靴刚度和阻尼对高速列车-弹性支承块式无砟轨道系统竖向振动的影响

采用轨段单元模拟弹性支承块式无砟轨道结构。钢轨模拟为弹性点支承Euler梁;钢轨下面的支承块视为刚体;道床板视为弹性薄板,并且采用横向有限条与板段单元法对其进行位移插值;钢轨扣件和支承块下胶垫和套靴模拟为线性弹簧和阻尼器;道床板与混凝土底座下的路基模拟为连续分布面弹簧和阻尼器。基于弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了高速列车-弹性支承块式无砟轨道系统竖向振动矩阵方程,得到了系统振动响应,进一步分析了套靴刚度和阻尼对此系统竖向振动响应的影响规律。     

轮对结构和扣件刚度对钢轨波磨的影响

为研究地铁线路小半径曲线轨道上钢轨波磨的形成机理和影响因素,基于轮轨摩擦耦合自激振动导致钢轨波磨的观点,建立了小半径曲线轨道上由动车轮对-钢轨-轨枕组成的轮轨系统有限元模型.采用复特征值分析和瞬时动态分析研究了轮轨系统的稳定性和动态特性.计算结果表明:在饱和蠕滑力作用下,轮轨系统存在较强的摩擦自激振动趋势,即产生钢轨波磨的趋势;动车轮对上齿轮箱的安装位置对系统的自激振动影响较小;扣件横向刚度对自激振动的影响较小,垂向刚度对自激振动的影响较为明显;不稳定振动随扣件垂向刚度的增加呈现先增大后减小的趋势,当其垂向刚度约为20 MN/mm时,钢轨波磨最容易发生.     

嵌入式轨道槽内结构优化设计

嵌入式无砟轨道具有养护维修工作量小、结构稳定等特点,还具有良好的减振降噪性能,特别适应城市轨道交通运营需求,广泛应用在现代有轨电车线路建设中.由于嵌入式轨道的结构特点,其优化重点在槽内结构型式及包覆钢轨的高分子复合弹性体.利用有限元软件ANSYS对嵌入式轨道进行动、静态分析.在拓扑优化的基础上,根据城市轨道交通成本、安全、噪声、振动等功能要求构建轨道结构功能优化目标函数,对嵌入式轨道槽内结构进行优化设计.研究结果表明:针对槽型轨减少靠近轨腰与轨底连接处的复合材料,可以在保证轨道刚度前提下,尽可能节省成本;考虑降噪性能、隔振效果高分子复合材料包覆钢轨高度不宜降低,即应使其完全包覆钢轨;一般地段承轨槽宽度宜在200～220 mm;对于隔振要求严格的区域,增大承轨槽宽度是提高轨道结构隔振效果最有效的手段;复合材料弹性模量选取时,在保证轨道横向刚度的前提下,减小轨道板混凝土结构的应力水平.      

重载铁路的线路动力学测试及分析 —大秦线万吨列车试验分析

本文介绍并讨论了大秦线钢轨的塑化、侧磨,轮载变化,轨道的横向力与横向位移,轨 道的刚度,轨道的振动,道床及基床的累积下沉,基床的动应力及其沿纵向随轮载的 变动和向深层衰减,车速对动应力的影响和路基的振动特性等。      

山西中南部铁路通道对红旗渠的振动评估研究

山西中南部铁路通道将从全国重点文物保护单位红旗渠下穿越,为了评估铁路建成后列车运营行驶时对红旗渠所产生的振动是否满足古建筑结构的容许振动标准,采用Universal Mechanism软件建立列车-轨道三维动力模型,求得行驶列车作用于轨道上的轮轨作用力,将轮轨力作用于轨道-隧道-山体-红旗渠结构有限元模型上,计算出红旗...     

弹性支承块式无砟轨道冲击振动传递衰减特性试验

针对重载铁路弹性支承块式无砟轨道(LVT)在实际应用中出现的弹性部件变形过大、易损坏等问题, 优化设计了既有弹性支承块, 将支承块短侧边坡度由1∶17.00调整为1∶4.85, 取消了块下垫板, 并采用一体化弹性套靴; 为验证设计成果, 建立了传统型LVT和改进型LVT足尺模型, 采用质量为1 120 kg的重载货车轮对, 以20 mm的落高进行落轴冲击试验, 分别从时域和频域角度对比分析了冲击作用下竖向振动在钢轨、支承块、道床板、底座板及地面等结构部件沿线路纵、竖、横向的传递衰减特性。研究结果表明: 轮轨产生的高频振动能量沿钢轨纵向传递, 低频振动能量传递给下部其他轨道结构; 竖向冲击振动在纵、竖向传递的过程中不断衰减且衰减速率逐渐降低, 在支承块和道床板表面横向传递过程中, 向外侧边缘传递振动增大; 相比传统型LVT, 改进型LVT整体弹性系数减小21.1%, 而阻尼系数增大5.4%, 其振动周期、衰减时长、振动峰值分别比传统型LVT小37.0%、21.3%和3.4%, 各结构部位功率谱密度峰值比传统型LVT小30%以上; 改进型LVT轨道结构各部位Z振级比传统型LVT小, 在地面处减小了3.65 dB, 能更有效、迅速地衰减轮轨冲击力和轨道结构振动, 振动水平更低, 降低了冲击作用对环境的影响。研究结果对于开展LVT减振性能试验验证、优化与工程应用有参考价值。      

列车轮群激励的频谱

本文提出：由于列车的运行，线路在通过列车轮群周期性力作用下的强迫振动，因而，线路振动是不可避免的。通过对列车车轮群激励的频谱分析，指出它们主要集中在数十赫芝以内，对线路自振动频率较低的下部结构物特别有害，在设计高速铁路线路和旧线提速改造时对它们的破坏作用应予以重视。     

水中有限长功能梯度材料圆柱壳声辐射研究

研究了径向简谐集中力激励下的水中功能梯度复合材料有限长圆柱壳的振动和声辐射问题。从有限长功能梯度材料振动方程出发,利用模态叠加法,推导出了圆柱壳在径向集中力激励下,平面振动平均振速和声辐射效率表达式。通过数值仿真计算了不同梯度指数下圆柱壳的平均振速、辐射功率和辐射效率。为功能梯度材料圆柱壳声辐射的研究提供了一种有效方法。     

浮置板下声子晶体隔振器带隙特性研究

为了提升浮置板轨道的减振效果,阻碍浮置板垂向振动能量向轨下基底的传播,提出了一种基于声子晶体局域共振机理的浮置板轨道隔振器. 运用有限元方法研究了声子晶体隔振器的局域共振带隙特性,并验证了带隙频率范围内声子晶体隔振器对振动的抑制作用;计算了声子晶体隔振器的垂向刚度,建立了三维声子晶体隔振器浮置板轨道有限元模型;计算了整体结构的力传递率与基础加速度响应,并与传统钢弹簧浮置板的计算结果进行了对比. 研究结果表明,声子晶体隔振器存在声子晶体局域共振带隙,对50～150 Hz频带内的振动有抑制作用;声子晶体隔振器与传统钢弹簧垂向静刚度相近,均为6.0 kN/mm;保留了钢弹簧浮置板轨道的低固有频率隔振性能,并且在50～120 Hz频带具有带隙抑制特性,在51 Hz附近力传递率可减小10 dB左右;基础加速度响应在51～150 Hz频带内明显小于普通钢弹簧浮置板轨道,其中51～60 Hz频带内基础加速度相比钢弹簧浮置板轨道减小30%左右. 因此声子晶体隔振器有助于提高浮置板轨道的减振性能.      

高架轨道系统的蜂窝波阻块隔振研究

城市高架轨道系统会引起环境振动,影响人们的工作和学习.首先使用有限元法建立车辆-轨道-桥梁有限元模型,求得列车通过高架轨道时桥墩对大地的动力作用;再使用大型通用有限元程序ANSYS建立蜂窝波阻块-大地耦合振动计算模型,对蜂窝波阻块的隔振效果进行了分析.研究表明：蜂窝块波阻块作为一种地屏障结构,能够很好的隔离由高架轨道引起的大地振动.     

不同线路条件及运行速度下高速列车振动性能分析

高速列车的振动特性直接影响旅客乘坐的舒适性和列车运行的安全性．为了分析不同线路条件和运行速度对高速列车振动特性的影响,建立了车辆-轨道耦合系统模型,并以德国高速轨道谱和我国干线轨道谱产生的轨道随机不平顺作为耦合系统的激励,通过Newmark数值积分和Matlab仿真,计算了高速车辆在高速线路和提速干线条件下车体、构架、轮对等车辆各部件和轨道部件的振动响应．研究结果表明,随着列车运行速度的提高,高速车辆各部件振动响应均显著增大;线路条件对高速列车轮对及轨道系统振动的影响较对车体系统振动的影响明显．     

提速线路参数对轨道结构振动动力响应分析

建立了移动列车荷载作用下点支承连续弹性粱的轨道结构垂向振动动力学分析模型．针对提速线路,采用动力有限元分析方法。分别讨论并比较了有无钢轨初始不平顺条件下,机车以不同行驶速度通过有刚度突变轨道地段时,轨道结构的动力响应规律．理论分析计算表明,线路初始不平顺和由轨枕失效、暗坑等造成的基础刚度的突变对整个轨道结构的动力响应有着显著影响．     

减振器卸荷特性对2B0动力车动力学性能的影响

为了进一步改善动力车的动力学性能，利用多刚体动力学软件SIMPACK，采用轨道随机不平顺非线性时域响应分析方法，对完整的2B0动力车动力学模型进行了计算分析。结果表明：2B0动力车二系横向减振器和一系、二系垂向减振器的最优阻尼值通常是一定的，但是通过增大卸荷速度可以降低平稳性对卸荷阻力改变的敏感程度，从而保证使用中动力车平稳性能的稳定，对于采用二系高挠螺旋弹簧的动力车，二系横向止挡间隙与二系横向减振器阻力特性的合理匹配是获得良好的动态曲线通过性能的一个重要因素。