高速铁路振动荷载的模拟研究

高速铁路路基动力响应的分布和变化规律已成为研究和解决路基问题的重要方面,通过确定动荷载来研究路基的动力特性是其中的一种方法。列车荷载是一个很复杂的问题,同时涉及列车轴重、悬挂体系、行车速度、轨道组成、线路平顺等等因素。本文将在充分考虑振动荷载产生机理(车辆因素、轨下基础因素等)的基础上,对已有的列车荷载表达式进行修正和完善。修正后的表达式,既考虑了相邻轮对间轮轨力的相互叠加和轨枕的分散作用,又考虑了由于轨道不平顺所产生的振动激励及其他要素,以期为高速列车动荷载的确定和路基动力响应分析提供借鉴和参考。     

高速铁路有砟轨道轮轨附加动荷载取值研究

为提出符合我国高速铁路有砟轨道线路质量状态的轮轨垂向附加动荷载取值,运用ANSYSLS-DYNA软件建立车辆-轨道耦合动力学模型,结合统计学理论,分析轮轨力统计特征值随车速、扣件刚度、簧上簧下质量与轨道质量状态等参数的变化规律。利用线路质量指数TQI管理标准作为表征线路质量状态的依据,仿真计算不同轨道质量状态下轮轨力随车速变化规律,进而提出高速铁路有砟轨道轮轨附加动荷载建议计算公式。研究结果表明:不同工况下轮轨力平均值与车辆静轮重基本相同;轮轨力标准差随车速、扣件刚度、簧上质量、簧下质量增大而增大,随轨道质量劣化而增大;当列车速度等于330 km/h且轨道质量状态较差时仿真得到的动力系数为1.99,速度大于330 km/h后大于无缝线路设计规范取值。     

基于移动单元法的高速铁路轨道不平顺特性研究

轨道不平顺不仅是引起列车和轨道振动的主要激扰，也是影响列车安全平稳运行的重要因素。为分析中国高速铁路轨道不平顺谱的特性及其对列车运行的影响，采用移动单元法建立考虑离散支撑的无砟轨道-车辆耦合模型，将逆傅里叶变换得到的中国轨道不平顺谱时域样本作为轮轨激励输入，通过编程数值计算分别研究列车速度、不平顺幅值和波长对轨道-列车系统动力响应的影响。研究表明：基于移动单元法建立的无砟轨道-车辆耦合模型的计算结果与有限元模拟结果吻合良好，移动单元模型准确可靠；轨道高低不平顺的幅值和波长特性均对系统的竖向动力响应有着显著影响，随着幅值增大和较短波长成分增加，轨道位移和轮轨接触力明显增大，其中2 m左右的不平顺波会对轮轨动力特性产生显著影响；此外，较高的车速会加剧系统的竖向动力响应。     

客运专线无碴轨道噪声问题探讨

对轮轨噪声问题国内外研究现状、无碴轨道噪声及其降噪措施进行了概述。为了对高速运营条件下的轮轨滚动噪声进行更详细描述和评价,通过对钢轨竖向振动的测量,间接得到轮轨有效不平顺度,再结合声压测量结果,根据有效不平顺度与声压间的简单关系得到不平顺度对声压的转换函数,合成有效不平顺度与转换函数的组合可用于任何列车速度、任何给定列车轨道系统的噪声辐射谱预测;将车辆噪声和轨道噪声分开进行评估量化,为从车辆与轨道两方面寻求有效控制和降低轮轨噪声的方法奠定基础。     

轨道不平顺分析程序

轨道不平顺是引起车体振动加速度、轮轨作用力和轮轨噪声增大的主要因素之一。车体振动加速度的大小与轨道不平顺具有密切的关系。随着列车速度的提高,对车辆振动影响的轨道不平顺不利波长也随之增长。轮轨噪声中的滚动噪声与轨面短波连续不平顺具有密切关系。轨道不平顺分析程序对轨检车测得的轨道不平顺数据进行处理,得到功率谱密度分布函数。利用此分布函数分析轨道不平顺在各波长的分布;根据测得的车体振动加速度,对轨道不平顺与车体振动加速度进行相干分析,确定引起车辆振动加速度增大的不利波长,以便有针对性地对这些波长的轨道不平顺作重点养护。     

高速铁路路基-地基系统振动响应分析

推导了有砟轨道-路基-地基系统在轮轨接触点处的柔度矩阵,建立了考虑轨道不平顺的车辆-有砟轨道-路基-层状地基垂向耦合振动解析模型。通过算例分析了单台TGV高速动车引起的路堤本体-地基系统振动,得到路堤本体表面的垂向位移,研究了列车速度、轨道不平顺、基床刚度和路堤土体刚度对路堤本体振动的影响。研究结果表明:路堤本体垂向位移主要由移动列车轴荷载引起;随着列车速度的提高,路堤振动的"波动性"明显增加;基床刚度和路堤土体刚度对路堤振动影响显著,可通过增大基床和路堤土体刚度来减小高速列车引起的路基振动。     

线路不平顺对桥上CRTSⅡ型板轨道振动的影响

研究目的:轨道不平顺引起的列车振动和轮轨相互作用力随着列车速度的提高成倍增大。对车辆-轨道-桥梁耦合振动而言,桥梁变形和轨道不平顺相互叠加形成轨面位移,因而轨道不平顺对系统动力响应的影响更加显著。本文针对轨道不平顺对客运专线高架轨道结构振动特性的影响进行研究,分析三种实测中长波轨道不平顺状态,即路基有砟轨道不平顺、桥上有砟轨道不平顺以及隧道无砟轨道不平顺对高架轨道结构振动响应产生的影响。研究结论:(1)在相同运营条件、相同养护条件下,不同轨道结构的不平顺状态对轮轨冲击作用力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度的影响不同,但对桥梁振动加速度的影响较小;(2)在客运专线轨道中长波不平顺激励下,钢轨振动频率主要分布在20～250 Hz范围内,轨道板、桥面板垂向振动频率分布在20～150 Hz范围内,轨面不平顺度的波长成分是影响轨道结构振动频率分布特性的一个主要因素;轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度受随机不平顺的短波长成分的影响显著;(3)除了轨道结构类型的影响,轨道不平顺功率谱大小与波长特性对轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度也产生了显著的影响,建议在进行轨道不平顺控制时将轨道不平顺谱纳入高速铁路客运专线轨道质量的评价指标当中;(4)本研究成果对加深认识我国高速铁路轨道不平顺对高架轨道结构振动特性的影响具有一定的理论意义和实用价值。     

基于刚柔结合建模技术的道岔区轮轨动力学仿真分析

采用刚柔结合建模技术,将轨道视作柔性体,车辆视作刚性体,结合有限元软件和多体动力学软件联合仿真,研究在动荷载作用下,轨道几何及刚度不平顺对道岔区轮轨动力特性的影响。结果表明,道岔区刚柔结合体模型基本反映了道岔轨道在车辆经过时产生的振动规律以及轨下不平顺对轮轨系统振动特性的影响;由计算得到的轨道动刚度分布规律也可为道岔区轨下刚度平顺化设计提供参考。     

不同列车荷载模拟方法的对比分析

文章就实践中常用的简化模拟方法和有限元模拟方法进行了研究。通过频响函数和轨道不平顺谱的引入及快速傅立叶数值算法的应用提高了简化解析方法的模拟速度,改进了列车荷载轨道不平顺法的计算模型。利用ANSYS的二次开发建立了列车—轨道系统的二维有限元动力分析模块,实现了对列车荷载的复杂工况研究。对这两类方法模拟的列车荷载样本进行了时域和频域的对比分析,并对不同方法的应用提出了一些建议。     

桥梁墩台不均匀沉降时的车桥垂向系统耦合振动分析

运用自编车—线—桥垂向耦合振动分析程序,分析车辆通过桥梁时列车和桥梁的动力响应,研究桥梁墩台发生不均匀沉降对车、桥垂向系统耦合振动的影响。研究表明:货物列车通过时,在桥梁墩台不均匀沉降单一因素引起轨道不平顺的条件下,车辆和桥梁的动力响应随着列车速度的提高而增大,列车在经过桥梁折角时,轮轨力增大;在普通轨道不平顺和桥梁墩台不均匀沉降引起的附加轨道不平顺叠加的条件下,车辆和桥梁的动力指标中受到影响最大的是车体加速度,其次是轮重减载率,但各项指标均在规范规定的范围内。因此,对于客货共线的桥梁,规范限值可以满足货车运行安全性的要求,并且有一定的预留量。     

轨道过渡段动力特性的有限元分析

运用有限元方法和Lagrange方程,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出车辆单元和轨道单元,推导2种单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵,并用Matlab编制了计算程序.利用文中提出的车辆单元和轨道单元,考虑列车速度、路基刚度以及过渡段轨道不平顺和路基刚度综合影响因素对轨道过渡段动力特性进行分析.分析表明:过渡段路基刚度突变对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随着列车速度的提高而增大;过渡段轨道不平顺和路基刚度变化2种因素同时存在对钢轨垂向加速度和轮轨作用力的影响非常明显,其峰值远大于1种影响因素引起的动力响应;列车速度、路基刚度以及过渡段轨道不平顺和路基刚度综合影响因素对车体垂向加速度的影响甚微,其原因是车体附有的一、二系弹簧阻尼系统起到了很好的减振作用.     

地铁列车运行时引起的隧道内振动荷载研究

地铁环境振动研究首先需要确定隧道内的振动荷载。针对以往采用的解析计算模型确定地铁振动荷载时对列车、轨道、地基各子模型的影响研究不够,基于车辆-轨道-隧道-地基模型对此进行详细分析。研究结果表明:不考虑轨道不平顺时,列车可以直接简化为移动点荷载,考虑轨道不平顺时,不同列车模型确定的地铁振动荷载差别不大,但轮轨力存在一定差异,列车最好采用整车模型。整体式轨道的地铁振动荷载最大,有砟轨道次之,浮置板轨道最小。浮置板可以有效减少地铁振动荷载的幅值和频率,但随着浮置板长度增加振动荷载趋于恒定。地基模型对地铁振动荷载影响很小,地基可直接简化为Winkler模型。对计算模型中不同子模型的影响进行分析,可为地铁振动荷载的确定提供一定的参考。     

轨道高低长波管理探讨

随着列车速度的提高,以往列车轮轨间作用不明显的长大轨道几何不平顺(长波)现象逐渐开始影响到提速列车的运行安全和旅行舒适度。西安铁路局宝鸡工务段管内陇海线西宝提速区段,常兴至降帐区间2006年11月份至12月曾发生多起晃车,现场用道尺、20m弦绳实测无超限,而人工肉眼观测检查发现存在长大高低不平顺和长大方向不平顺,这对长大轨道不平顺检测管理提出新的要求。本文结合轨道坡度测量探讨了高低长波的检测。     

地基刚度对三维非线性轮轨接触的动力影响

研究目的:为了进一步探明地基刚度对轮轨接触的影响,以轮轨接触三维实体非线性有限元模型为研究对象,采用瞬态动力学分析方法,在轨道不平顺的条件下研究地基刚度对轮轨接触的动力影响。研究结论:结果表明:(1)车轮的总位移主要是地基的弹性变形,在不平顺激励力的作用下,地基刚度对轮轨的位移、应力等影响较大,选取合理的地基刚度可以降低轮轨之间的应力;(2)通过分析列车速度和轮重对轮轨竖向位移、接触应力以及加速度的影响,得出合理的地基刚度为600~1 000 MPa/m;(3)本文所总结的轨道不平顺条件对轮轨接触的影响规律,以及车速、轮重、地基刚度对轮轨振动的影响规律对高速列车的地基和轮轨接触设计具有参考作用。     

轨头不平顺对列车提速危害的计算机仿真研究

采用车辆-轨道耦合大系统的思想,将钢轨简化为弹性点支承有限长的欧拉梁、轮轨接触关系采用弹簧接触,建立出轮轨动力学模型.分析车轮以不同速度行驶过程中,受轨道低接头不平顺激励下轮轨相互作用垂向振动响应.并得出低接头不平顺对列车提速的影响.     

钢轨焊接接头受力测试研究

研究目的：为了研究轨道不平顺对轮轨作用力的影响，从而为钢轨焊接接头不平顺限值提供技术依据。研究结论：通过对比研究不同焊接接头轨面不平顺条件下的轮轨作用力和轨道结构的振动加速度大小现场动测试验，表明钢轨焊接接头的平顺性对轮轨作用力的影响较大，特别是当轨面平顺性大小波长不一致时，对P1和P2力的影响也不一致。由理论分析可知，P1力只对钢轨表面伤损产生较大影响，而P2力则对轨道结构所有的部件都有较大影响。研究表明，提高钢轨焊接接头的轨面平顺性，可有效降低只力，从而达到降低轨道结构部件的应力水平的目的。     

200km/h线路钢轨焊接接头受力测试研究

为了分析研究不同轨道不平顺对轮轨作用力的影响,选择一轨道状态较差的焊接接头进行了现场动测试验,研究了焊接接头轨面不平顺条件下的轮轨作用力和轨道结构的振动加速度大小,并分别对钢轨打磨前后的轮轨作用力以及轨道结构的振动加速度大小进行了对比分析,为确定钢轨焊接接头不平顺限值提供了技术依据。     

高速铁路轮轨垂向力与轨道高低不平顺关联特性

采用ABAQUS商业软件建立三维轮轨接触有限元模型,以中国高速铁路线路和典型服役车辆参数作为模型仿真参数,分别将中国高速铁路无砟轨道高低不平顺谱和余弦型轨道高低不平顺作为模型输入,仿真分析轨道高低不平顺幅值、波长与轮轨垂向力响应之间在时频域上振幅、相位的关联特性,并拟合不同车速下附加轮轨垂向力与轨道高低不平顺特征参数之间的函数表达式。结果表明:附加轮轨垂向力的波动范围随轨道高低不平顺波长的增加而非线性减小;轨道不平顺及轮轨垂向力之间的延迟相位随激振频率的增加而增加,整体处于0.02π～0.10π之间;轨道高低不平顺波长大于30 m时,附加轮轨垂向力与轨道变化率呈近似线性关系,二者之间的比例系数在车速300和350 km·h~(-1)时分别为13.14和19.19。     

列车脱轨机理与脱轨分析理论研究

在分析国内外脱轨研究现状的基础上，总结出脱轨研究中存在如下主要问题。（1）现有预防脱轨标准对实际列车脱轨没有控制作用。（2）不明原因列车脱轨机理不明确。（3）列车脱轨计算存在3个根本问题：①列车-轨道（桥梁）时变系统振动方程组的建立与求解未满足轮轨位移衔接条件；②仅以轨道横向不平顺作为列车-轨道（桥梁）时变系统横向振动的激振源，未考虑根本激振源——轮轨接触状态的影响；③仅以轨道不平顺的随机性和按时不变系统随机振动分析理论，     

桥上轨道折角引起的车桥系统振动分析

以轨道折角不平顺作为激振源，进行了车辆过桥的桥梁动力响应计算分析和轨道折角对车辆走行性影响的试验研究。结果表明，在考虑轨道折角不平顺时，桥梁结构的动位移对桥梁跨度的增加、车辆加速度及折角的变化均较为敏感；车辆运行速度的增加，使桥梁动位移和车辆加速度均有所增大，而轮轨力无明显变化；在相同轨道折角的情况下，空车比重车易产生较大的振动加速度。