基于全过程迭代的车桥耦合动力系统分析方法

以刚体动力学方法建立车辆子系统方程,以有限元法建立桥梁子系统方程,以竖向轮轨密贴假定和横向简化的Kalker理论定义轮轨接触关系,以轨道不平顺作为激励,采用全过程迭代法求解车桥耦合系统动力平衡方程.先假定桥梁子系统无变形求解车辆方程,得到车辆运动状态和轮轨作用力时程;将得到的轮轨力作用于桥梁,计算桥梁子系统的运动状态;叠加桥面运动时程和轨道不平顺,形成新的车辆轮对激励;进行下一步迭代,直至前后2次迭代中计算的轮轨力满足收敛条件.此方法可避免时间步内车桥两子系统间的迭代过程,较易通过人为干预迭代过程促进计算收敛,提高车桥耦合动力分析的计算效率.应用此方法和传统时间步内迭代法对30 t轴重货车通过跨度(70+3×120+70)m连续刚构桥的车桥耦合动力系统分析结果表明,此方法的计算效率较传统时间步内迭代方法高,方程求解次数仅为传统时间步内迭代方法的44％.     

考虑车轮扁疤的轮轨磨耗演化及其对车线桥系统的影响分析

基于车辆-轨道-桥梁相互作用理论和Archard材料磨损原理,建立高速车辆-轨道-箱梁桥耦合系统动力学模型,计算M2维护周期内含扁疤车轮轮轨磨耗深度分布,探讨含扁疤的轮轨磨耗演化对轮轨接触特性及车辆-轨道-桥梁系统动力学性能的影响.研究结果表明:随磨耗深度增大,含扁疤的磨损轮轨匹配时轮对横移引起的接触角、半径差变化越大;在踏面不发生二次擦伤时,初始微小扁疤随磨耗里程增大,其长度增大深度几乎不变,对车线桥耦合系统冲击作用减弱;含扁疤的磨损轮轨磨耗演化主要影响轮轨横向力;桥梁结构对磨损轮轨的磨耗演化较为敏感,建议以桥梁垂向振动加速度监测轮轨磨损状态.     

考虑轮轨蠕滑和轮对蛇行的车桥耦合振动分析北大核心

列车通过桥梁时,车桥系统将发生动力相互作用。选取轮对的横摆和摇头作为独立的自由度,根据轮轨接触几何学理论,给出轮轨间的相互作用力,从而建立了轮对及车辆的振动微分方程。利用结构分析的有限单元法,建立了桥梁结构振动微分方程。根据车辆和桥梁两个子系统之间力和位移的协调条件,把二者耦合起来求解。以主跨为300 m的铁路斜拉桥和DF4型内燃机车为例,利用威尔逊-θ法,模拟机车过桥的全过程,求解桥梁结构的动力响应规律。计算结果表明:桥梁结构的横向动力响应随车速的增加先增大后减小;车速对扭转振动的影响不明显,而偏载对扭转振动有显著影响。     

轨道交通轮轨横向振动噪声分析

通过建立车轮与轨道相互作用模型,分析了考虑轮轨表面随机不平顺、尤其是短波长的波纹型磨耗以及不同列车速度时,对轮轨横向振动和振动噪声的影响。建立的模型和程序预测的轮轨噪声与有关文献的实测结果基本吻合。     

轨道结构横向刚度改变对轮轨动力性能影响

根据城市轨道交通轮轨相互作用特点，以小半径曲线为研究对象，建立了冲击荷载作用下轨道结构横向振动简化模型。在一系列假定的基础上，利用MATLAB的Simulink语言编制轮轨动力作用程序，通过改变钢轨扣件横向刚度，观察其对轮轨系统横向振动特性及钢轨磨损的影响，结果表明：对曲线地段轨道结构横向刚度进行合理取值，能有效地降低轮轨相互作用以及延缓钢轨磨损。     

轮轨中低频相互作用与钢轨波浪形磨耗

针对钢轨波浪形磨耗，建立了一个具有弹性轮对与弹性轨道的转向架－轨道系统，在中低频率范围内空间耦合（三维）非线性动力学模型。对典型的钢轨接头冲击下轮轨中低频相互作用模式进行了模拟计算分析。结果表明，轮轨垂向冲击可激起轮轨间横向与纵向的相对振动，从而导致轮轨磨耗数以较高频率变化，使钢轨产生波浪形磨耗。随着运行速度的增加，会激起轮对轨道更高阶振型的振动，使钢轨产生短波的波浪形磨耗。本文的轮轨中低频动力学     

用简化模型分析轮轨系统横向动力响应

根据轨道结构轮轨相互作用特点，建立了冲击荷载作用下轨道结构横向振动简化模型，在一系列假定的基础上，利用MATLAB的Simulink语言编制轮轨动力作用程序，通过改变钢轨扣件横向刚度和道床横向刚度，观察其对轮轨系统横向振动特性及钢轨磨损的影响。结果表明：对曲线地段轨道结构横向刚度进行合理取值，能有效地降低轮轨相互作用以及延缓轮轨磨损。     

列车—桥梁相互动力作用下轮对横向运动规律

基于蠕滑理论,研究单个轮对在轨道方向不平顺激励下简化的轮对横向力和轮对横向运动微分方程,并得到轮对横向运动的解析解。分析表明,根据几何学推导的自由轮对蛇行运动解是上述轮对运动微分方程的齐次解,而轮对所经过的轨道方向不平顺是其特解。齐次解将因阻尼而很快衰减,而特解则决定了系统稳态响应特征。采用整车模型的动力仿真计算也表明在不发生蛇行失稳的正常运营车速下,轮对横向运动轨迹与轨道方向不平顺的趋势基本一致。按蠕滑理论得到的轮对蛇形波长与车速无关,这与蛇形波理论一致,但2种理论在蛇形波的波长和波幅的随机分布特性上还有差异。车桥耦合振动分析也表明轮对横向运动轨迹和轮对横向力主要受轨道不平顺的影响,而受桥梁振动的影响较小。     

轮轨空间耦合振动分析模型及其应用

合理处理了轮轨系统中振动的各种耦合关系，采用无限元方法消除了模型的边界效应，成功地建立了轮轨垂向－横向非线性空间耦合振动时变模型，并简要研究了轨道三角坑及复合不平顺的动力特性。     

轮轨黏着状态对曲线区段轮轨动态相互作用的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立了考虑不同轮轨黏着状态的地铁车辆-轨道耦合动力学模型，分析了轮轨界面黏着状态和曲线半径对轮轨系统动态相互作用的影响。结果表明：车辆通过曲线区段时，轮轨界面黏着状态对轮对运动姿态和轮轨系统动态相互作用的影响显著；轮轨界面存在低黏着接触状态会削弱轮对导向能力，致使脱轨系数增大，尤其当外侧轮轨界面存在低黏着接触状态时影响更大；通过润滑适当减小内侧轮轨摩擦因数，同时保持较大外侧轮轨摩擦因数可有效减小脱轨系数，提高车辆横向运行安全性；内外侧轮轨磨耗指数主要由所在侧轮轨黏着状态决定，且随曲线半径增大而减小。     

新型轮轨关系试验台研究

提出一种新型基于轮轨接触的轮轨作用试验台的技术方案,解决以往采用轮—轮接触试验台模拟轮轨接触关系的不准确性。对试验台关键的轨道驱动方式进行了分析,采用行星齿环滑块往复运动机构作为其传动机构。建立了运动机构的数学模型,并采用ADAMS软件完成机构的仿真分析。新型轮轨作用关系试验台可真实反映轮轨之间的接触作用,对轮轨关系的研究提供试验技术手段。     

弹性钢轨扣件轨道的轮轨作用力分析

采用弹性钢轨扣件是城市轨道交通轨道减振的最基本措施.为分析弹性钢轨扣件轨道的轮轨作用力,通过建立地铁车辆一弹性扣件动力分析模型,分析了扣件刚度、列车运行速度等对轮轨作用力的影响.对于弹性钢轨扣件的轨道结构,合理降低扣件刚度,可减小轮轨动力冲击和扣件支点反力,提高减振效果.通过现场测试获得弹性扣件轨道的钢轨垂直力,验证了理论分析结果.     

广州地铁道岔群磨耗的成因研究及治理措施

对广州地铁1号线广州东站道岔群磨耗问题的产生原因进行了分析,结合轮轨动力学理论对该问题做出阐述,提出进一步预防及整治的措施。     

铁路客运专线系统结构模型

应用系统工程中系统结构分析方法,对铁路客运专线系统的系统结构进行模型化处理和分析。在对铁路客运专线系统组成和子系统接口关系描述的基础上,建立客运专线系统结构的布尔矩阵模型,揭示了各子系统(要素)之间的相互影响关系;采用DEMATEL方法解析各子系统相互之间影响的强弱程度,给出各子系统的综合影响程度(影响度,原因度)及其在系统评价指标体系中的地位和作用(中心度)。研究表明:铁路客运专线系统的各子系统在系统评价体系中,重要程度最高的是动车组子系统,然后依次是通信信号控制、基础设施和运营调度等子系统;对其他子系统影响较大的依次是通信信号控制子系统、动车组子系统、基础设施子系统、运营调度子系统和牵引供电子系统,而动车组子系统则受其他子系统的影响最大。     

斜拉桥上无缝线路纵向相互作用理论及试验研究

运用梁轨纵向相互作用机理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,对斜拉桥上无缝线路纵向相互作用规律进行理论和试验研究。分析结果表明:在主桥左右两端各铺设一组单向伸缩调节器,主桥上钢轨纵向力可得到有效的控制,现场试验测试的桥面纵向位移及钢轨伸缩力分布规律与理论计算基本相同,所建立模型可用于斜拉桥上无缝线路纵向相互作用分析;钢轨挠曲力计算时,可在斜拉桥主跨及其邻跨上布置荷载,且不必考虑列车入桥方向的变化;钢轨伸缩调节器可有效减弱列车制动荷载下的梁轨相互约束作用,减小线路受力变形。     

楔形刚性桩与桩周土的非线性相互作用

为探讨楔形桩的承载特性及沉降性状,本文以桩侧摩阻力分布满足双曲线模型和桩端阻力分布满足线性模型为基本假定,建立楔形刚性桩与桩周土非线性相互作用的力学模型。同时,利用荷载传递法及非线性分析的增量法,获得荷载-沉降关系等系列解析算式。算例结果表明,楔形桩侧壁倾角增大,桩侧摩阻力提高,桩与土之间的径向相互作用增强,单桩承载力提高。为了验证力学模型的可行性,对两根不同侧壁倾角的楔形桩进行模型实验,结果表明,本文建立的力学模型所得结果与实测结果吻合较好。     

一种铁路车桥耦合振动三维仿真的实现

利用ANSYS用户可编程接口技术,设计了一种轮轨动力接触单元。结合列车和下部结构形成三维车桥墩空间耦合振动模型。以大石河大桥为例进行了仿真分析,再现了货车通过时该桥的横向振动特性。     

纵连板式轨道在墩台位移作用下梁轨相互作用规律研究

针对简支梁和连续梁,建立整桥系统的计算模型,对墩台位移引起的作用力作用下桥上纵连板式无砟轨道的梁轨耦合作用规律进行分析研究。研究表明:墩台位移引起的作用力是纵连式无砟轨道梁轨相互作用较重要的附加作用力,建议受日照及风荷载影响较大的高墩桥设计中考虑墩台位移引起的作用力的影响;连续梁与简支梁桥墩向右位移时所受的外荷载大致相当,轨道及桥梁各部件所受附加力也大致相等,且桥墩纵向位移越大,各部件所受附加力越大;考虑桥梁伸缩及桥墩位移的共同作用时,轨道及桥梁各部件的受力与变形均较单因素作用时量值大,且连续梁上各部件的受力与变形较简支梁大;从梁体位移方向的比较来看,当桥墩位移与桥梁伸缩方向相同时,钢轨、轨道板、端刺的受力及轨道各部件的位移较大,而当桥墩位移与桥梁伸缩方向相反时,剪力齿槽、墩台、底座板所受纵向力较大;从荷载耦合方式来看,桥梁伸缩及桥墩位移两种荷载耦合时,轨道及桥梁各部件的受力与变形要小于两种荷载单独作用后将计算结果叠加的情况,主要是由于滑动层摩阻力等线路约束阻力的塑性极限造成的。     

基于子系统划分的铁路枢纽能力利用率评价方法

针对铁路枢纽能力利用率评价问题,从铁路枢纽的运输组织特性出发,将枢纽划分为客运、货运、行车、编解等子系统,构建枢纽子系统-构成要素-评价指标3个层次的指标体系.按照各指标项的适中型特征构造评价得分函数,设计包括子系统权重、构成要素权重和指标权重的层次化权重设置方法,建立基于子系统划分的枢纽能力利用率评价方法.开发了枢纽...     

支井河特大桥考虑结构-地基相互作用模态分析

用有限元计算软件ANSYS对支井河特大桥进行了模态分析，考虑了结构-地基的相互作用，地基有限计算区域的人工边界用粘弹性边界实现。结果表明，全桥纵向刚度远大于侧向刚度，前十阶振动主要发生在侧向；考虑了结构-地基相互作用后，与传统假设刚性地基时模态分析结果相比，结构各阶模态的固有频率均有降低，但降低程度不大，说明该桥基础刚度较大，满足刚性基地的假设。