列车动力响应的平稳性和各态历经性分析

研究列车动力响应的平稳性和各态历经性对寻求列车动力响应随机过程的统计规律具有重要意义。基于多体动力学理论,采用多体动力学分析软件Simpack建立国内某高速列车动车车辆的多体动力学模型。采用三角级数法模拟得到的轨道不平顺作为随机输入激励计算得到列车以不同速度行驶不同距离的动力响应时程样本序列。进一步运用平稳性检验方法中的逆序数检验法和单位根检验法对列车动力响应随机过程的平稳性进行检验。运用Monte-Carlo方法并结合随机过程的相关理论,计算1 500个在随机轨道不平顺激励下列车以200 km/h速度行驶1 km工况的动力响应时程样本序列的集合均值和集合相关函数,时间均值和时间相关函数,对列车动力响应的平稳性和各态历经性进行了证明。研究结果表明,列车以200 km/h的速度行驶1 km工况的动力响应可近似为具有各态历经性的平稳随机过程,即可采用一个时程响应样本来反映列车动力响应总体的统计规律。随着列车动力响应样本个数的增加,列车动力响应的平稳性和各态历经性都将更加稳定。     

黄土路堑边坡在振动作用下的动力响应分析

研究目的:在黄土路堑基底加固中采用柴油柱锤打桩机产生振动的条件下,测试柱锤振动对黄土路堑边坡的动力响应,分析研究动力响应在水平地面与边坡上的差别,查找施工过程中黄土边坡坍塌的外在动力因素.研究结论:黄土路堑边坡在振动作用下的动力响应存在明显的放大效应,尤其是边坡的变坡点的动力响应明显强于自由场(水平地形)的动力响应,并随边坡的增高而逐渐衰减,但衰减速度较水平地面上缓慢得多.这种地形对振动产生的动力放大效应是引发黄土路堑边坡坍塌的重要因素之一,因此,在处理路堑基底时,应考虑边坡的临时防护与加固,确保施工过程中的稳定与安全.     

简谐环形荷载作用下饱和土体中

基于Biot理论,研究了带有衬砌的圆形隧洞在法向简谐集中环形荷载作用下的动力响应.假定衬砌为弹性体,土体为饱和多孔介质,结合边界条件及连续条件,通过傅立叶变换得到波数域中衬砌和土体的应力、位移和孔隙水压力幅值解答,最后用傅立叶逆变换得到动力响应幅值的数值解.与不考虑衬砌的隧洞动力响应相比,数值分析的结果说明衬砌对动力响应有较大影响.     

简谐环形荷载作用下饱和土体中圆形衬砌隧洞的动力响应研究

基于Biot理论,研究了带有衬砌的圆形隧洞在法向简谐集中环形荷载作用下的动力响应。假定衬砌为弹性体,土体为饱和多孔介质,结合边界条件及连续条件,通过傅立叶变换得到波数域中衬砌和土体的应力、位移和孔隙水压力幅值解答,最后用傅立叶逆变换得到动力响应幅值的数值解。与不考虑衬砌的隧洞动力响应相比,数值分析的结果说明衬砌对动力响应有较大影响。     

车辆墩柱模型碰撞动力响应分析

针对车辆桥墩撞击问题,完成了不同车速下小车—墩柱碰撞的室内试验,采用通用显式动力分析程序LS-DYNA,建立了车辆—墩柱碰撞有限元模型,分析了不同车速下的系统动力响应。计算结果表明,车辆撞击速度越大,墩柱动力响应越大,墩顶加速度与墩前应变基本与车速成正比;墩柱底部完全固结,其动力响应比弹性约束小。     

无砟轨道结构层对高速铁路列车—桥梁系统动力响应的影响

基于非线性弹性Hertz接触理论和Kalker蠕滑理论,建立了高速铁路列车—无砟轨道—桥梁精细化计算模型,以高速铁路32 m跨简支箱梁桥和CRTSⅡ型板式无砟轨道为研究对象,编制了MATLAB程序分别计算有(无)无砟轨道列车—桥梁系统的动力响应及列车走行安全指标并作对比分析。计算结果表明:对于桥梁的动力响应,不考虑无砟轨道时结构变位等动力响应减小;对于列车的动力响应,不考虑无砟轨道时,多数列车动力响应及走行安全指标有较大增加。     

部分填充混凝土钢桁梁桥车激响应分析

以天津海河部分填充混凝土钢桁梁桥为研究对象,采用ANSYS有限元软件,建立了桥梁和汽车有限元模型,利用生死单元技术实现了车桥耦合振动的数值仿真,采用Newmark-β法求解其动力响应。在此基础上,分析探讨不同桥面等级和车速等因素对部分填充混凝土钢桁梁桥动力响应的影响。结果表明:部分填充混凝土能有效增大钢桁梁桥的竖向刚度,提高桥梁承载力;桥面等级对部分填充混凝土钢桁梁桥车激响应影响较大,等级越低,动力响应增幅越大;提高车速并不能大幅降低部分填充混凝土钢桁梁桥的动力响应。     

尾矿库动力响应分析中的边界效应

散射问题中外行波远域能量逸散效应是影响尾矿库坝体动力响应的重要因素。基于ABAQUS二次开发,实现了尾矿砂材料等效线性粘性本构,并且将粘弹性人工边界应用于某平地型尾矿库的动力反应,计算了地震作用下该尾矿坝水平向加速度、水平向位移、大动主应力、动剪应力和整体应变能随时间变化的规律。并与固定边界下尾矿库动力响应进行比较。结果表明:边界类型对地震作用下尾矿库动力响应计算结果有较大的影响,相对固定边界,考虑粘弹性人工边界时,尾矿库坝体动力响应最大值减小了15%~25%,表明地震过程中粘弹性人工边界起到了吸收能量的作用,建议在尾矿库动力反应分析中,应考虑粘弹性人工边界对尾矿库动力响应的影响。     

地铁隧道地震动力响应三维数值分析

文章依托广州地铁花都广场站—马鞍山公园站区间隧道工程,建立地铁隧道地震动力响应三维数值分析有限元模型,计算分析水平向地震荷载作用下的地表位移、隧道结构动力响应,并计算分析了不同阻尼、边界条件等计算参数对隧道结构动力响应的影响。     

高速铁路道岔与区间过渡段动力响应的影响因素分析

为给客运专线道岔过渡段刚度合理设置提供理论参考,在分析高速铁路道岔与区间过渡段结构特性的基础上,建立了高速车辆—过渡段耦合动力分析模型和求解方法,分析了刚度差、行车方向和速度等因素对高速道岔与区间过渡段的动力响应影响。结果表明:过渡段刚度差在30 kN/mm内,动车组和轨道的动力响应随刚度差的增大而大幅加剧;动车组从低刚度向高刚度运行时的动力响应较反向运行更为剧烈;各项动力响应随着运行速度的提高而增大。     

钢轨伸缩调节器对地铁钢桥动力效应影响研究

为研究地铁大跨度连续钢桁桥上铺设减振垫无砟轨道时钢轨伸缩调节器的适用性,并对列车运行安全性进行评估,建立地铁列车-轨道-钢桥耦合动力学模型,对列车以不同速度通过桥梁时,设置钢轨伸缩调节器与不设置钢轨伸缩调节器两种工况对车体加速度以及不同激励条件下的轮轨垂向力等指标进行分析;提取钢轨伸缩调节器处结构的动力响应值对梁端结构动力响应进行研究,并对结构动力响应随速度的变化规律进行探索。结果表明,钢轨伸缩调节器对地铁钢桥动力效应影响较小,建议在地铁钢桥的适当区域应该进行钢轨伸缩调节器设置,以减缓无缝线路不良影响。     

高速铁路钢轨接头动态响应特性研究

随着高铁运营速度的提高,对轨道平顺性的要求也越来越高。钢轨接头是轨道的薄弱环节之一,由于钢轨接头的存在,列车通过时会出现高频冲击和振动。以钢轨接头为研究对象,对车辆动态响应数据进行分析,得到其响应数据特性。提出基于EEMD分解的自适应同步压缩短时Fourier变换(E-ADSSTFT)方法,利用E-ADSSTFT方法进行数据分析。研究不同高度的焊接接头处的车辆动态响应数据特性,从时域、频域以及时频联合分析几个方面分别对数据进行分析。研究表明,随着钢轨接头的伤损程度增加,高速列车轴箱加速度振动幅值越来越大,且能量分布的频带范围越来越窄,最终引起车辆-轨道耦合系统的非线性振动;长时间的耦合振动作用,在钢轨缺陷接头后方表面易形成钢轨波磨。     

基于现场锤击试验的地铁轨道振动特性分析及参数研究

近来,由于轮轨共振而产生的地铁钢轨异常波磨问题备受关注。轨道结构动力特性分析是开展轮轨耦合振动研究的基础,地铁轨道结构的动力特性取决于各组成部分(钢轨、扣件、轨枕和道床等)的物理特性及其组合形式。基于轨道结构的周期性频域解析模型,结合北京地铁在线锤击试验,通过计算轨道结构在脉冲荷载下的频响函数,对0~2000Hz频段内轨道结构的动力响应主频进行分析;并通过改变轨道结构参数,分别研究了不同轨道结构参数对各轨道结构动力响应主频的影响情况。研究结果表明:轨下支撑刚度对钢轨共振频率影响较大,枕下支撑刚度对轨道系统共振频率影响较大,轨下和枕下支撑阻尼仅能改变各共振频率点的响应幅值;轨枕支撑间距对pinned-pinned共振频率影响较大,对其他共振频率点的影响较小。     

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。     

提速铁路过渡段的动力响应测试分析

为了评价提速线路路桥过渡段对于轨道结构动力响应的改善程度,本文对京九线过渡段的设计及轨道动力响应测试进行了研究,过渡段的设计采用20m的级配碎石填筑,轨道动力响应测试参数为钢轨垂直力、钢轨加速度、轨枕加速度。测试表明,当路桥连接处设了轨道过渡段时,列车从低刚度轨道到高刚度轨道时,钢轨垂直力、钢轨加速度、轨枕加速度是由小逐渐增大的,没有突变;当列车从高刚度轨道到低刚度轨道时,钢轨垂直力、钢轨加速度、轨枕加速度是由大逐渐减小,没有突变。当路桥连接处没有设置轨道过渡段时,列车从高刚度轨道到低刚度轨道运行时,其动力响应突然减小,有突变。通过对设有过渡段及没有设过渡段的路桥连接处实测分析可知,当列车速度小于200 km／h时,采用长度为20 m的级配碎石填筑轨道过渡段,对减小过渡段轨道动力响应非常有利。     

轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性影响试验研究

针对轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性的影响进行现场试验,分别从时域和频域对比分析不同轨面不平顺状态下轨道结构的振动响应,重点考虑10～1 000 Hz频率范围内的振动.分析结果表明:轮轨冲击力和轨道结构振动加速度幅值随轨面不平顺幅值的增加而增大,同时也受到轨面不平顺类型和波长分布的影响;轨面不平顺引起的钢轨振动频率主要分布在50～1 000 Hz的范围内,承轨台、桥面板垂向振动频率分布在40～200 Hz的范围内,轨面不平顺的波长分布是影响轨道结构振动频率分布特性的主要因素之一;降低谐波型轨面不平顺幅值0.2mm,可以减小钢轨垂向振动水平14.1dB.建议将轨面不平顺谱加入轨道质量的评价指标中.     

槽型轨及普通钢轨对独立轮对轻轨车辆轮轨动力特性的影响

通过建立车辆-轨道动力学模型,对槽型轨及普通钢轨条件下,车辆曲线通过时的轮轨动力响应进行了仿真计算及对比分析.对比分析表明虽然Ri60轨条件下的轮轨横向力及脱轨系数较大,但由于其断面类型决定了其具有护轨功能,对于确保车辆安全有利;Ri60轨与CHN50轨条件下的轮轨磨耗基本相当,但槽型轨有利于轨道做铺面或绿化,因此对于敷设方式以地面为主的轻轨系统,采用槽型轨较为合理.     

采用新型钢轨焊缝保护装置后钢轨焊缝处的轮轨动力学特性

根据轮轨相互作用机理,建立安装新型钢轨焊缝保护装置后钢轨焊缝处的车辆—轨道耦合动力学模型,对此处的轮轨垂向力、脱轨系数、轮重减载率等轮轨动力学指标进行仿真计算,并分别与采用鼓包鱼尾板和没有焊缝保护装置时进行对比,研究采用新型钢轨焊缝保护装置时焊缝处的轮轨动力学特性。对比分析结果表明:采用新型钢轨焊缝保护装置后,轮轨垂向力降幅分别为1.28%和4.63%,脱轨系数降幅分别为1.49%和2.94%,轮重减载率降幅分别为3.41%和7.68%;新型钢轨焊缝保护装置在各速度条件下均能够有效地减小焊缝振动和动态受力。由此可见,采用新型钢轨焊缝保护装置,可消除打螺栓孔带来的安全隐患,有效减小焊缝处的动力响应,加强焊缝处的轨道结构整体性。现场动态测试结果进一步验证了新型钢轨焊缝保护装置结构的合理性。     

中低速磁浮交通轨排连接性能对轨道动力响应的影响

中低速磁浮交通轨道结构振动直接影响着行车安全。以中低速磁浮轨排-桥梁结构为研究对象,通过锤击模态试验、有限元理论模拟等方法分析螺栓连接性能对轨道动力响应的影响。研究表明:锚固螺栓在正常工况下,F轨的竖向自振频率集中在60~100 Hz,谐响应频率在80 Hz以上;锚固螺栓的松动导致F轨自振频率大幅降低,谐响应频率明显降低;在列车荷载作用下轨排振动大幅提高。锚固螺栓松动改变了轨排的振动传递性,直接影响悬浮控制系统的调节过程,容易引发异常共振。     

移动荷载作用下轨道路基动力响应分析

基于层状梁和粘弹性半空间体理论建立轨道路基耦合动力分析模型;通过移动坐标和Fourier变换得到移动谐振点荷载作用下轨道路基稳态响应在波数域内的解;再利用快速Fourier逆变换,求出钢轨、轨枕位移及道碴路基的相互作用力在空间域内解。通过算例分析荷载速度对路基表面位移的影响,结果表明:随荷载速度增大,路基表面位移峰值也增大,在荷载速度较低范围内,其对路基位移峰值影响不大,当荷载速度接近Rayleigh波速时,路基位移峰值急剧增大;随着荷载速度的增大,路基竖向位移分布呈现出的“波动性”也越来越明显,其“波长”随荷载速度的增大而减小。