高速铁路钢轨波磨对车辆—轨道动态响应的影响

在对高速铁路钢轨波磨现场调查、测试的基础上,根据铁道车辆—轨道耦合系统动力学理论,建立高速铁道车辆—板式无砟轨道动力学数值分析模型,采用现场测试得到的高速铁路钢轨波磨数据作为系统激励,研究不同深度的钢轨波磨对高速铁路轮轨相互作用、车辆运行稳定性的影响。结果表明:不同深度的钢轨波磨虽不会改变轮轨力波动的相位特征,但随着钢轨波磨深度的增加,轮轨垂向作用力、轮重减载率和轮对振动加速度均有明显增加,而构架和车体的振动加速度增加很小,可忽略不计;高速铁路钢轨波磨虽不影响乘坐舒适度,但会加速车辆簧下部件的伤损和破坏。     

铁路桥上减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道振动响应及车辆平稳性分析

为了研究桥上减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道对车体系统和轨道系统振动影响,分析车辆的平稳性指标,基于车辆、轨道系统二维模型,利用动柔度法分别计算车辆、轨道系统的动柔度,建立频率域的车辆-轨道-桥梁耦合模型;计算车辆及轨道系统的振动加速度并分析其规律,计算不同轨道系统下车辆的平顺性指标。研究结果表明:与常规CRTS-Ⅲ型轨道相比,采用橡胶减振垫刚度为0.018 N/m3的减振轨道系统下峰值轮轨力减小,车轮、转向架振动加速度分别降低13.6%和52.6%,车体在1～20Hz范围内振动变化不大;钢轨、轨道板的振动加速度增大1.69和2.68倍,桥梁的振动加速度减少69.9%;车辆的平顺性指标分别为2.70和2.61,车辆平稳性指标降低4%。与常规CRTS-Ⅲ型无砟轨道相比,减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道下车辆系统各构件的振动加速度有不同程度的降低,轨道系统中,钢轨和轨道的振动加速度增大,桥梁振动加速度降低。车辆的平稳性指标降低,乘客的舒适性有一定程度提高。     

周期荷载作用下钢轨缺陷检测分析

根据振动理论、瞬态有限元-边界元理论,提出一种利用钢轨振动响应数据对钢轨断裂缺陷进行分析检测的方法.通过建立无砟轨道振动分析动力学模型,研究在节点周期荷载激振下,轨道在钢轨全断裂,钢轨截面50％断裂等缺陷条件下的振动加速度规律特征.结果表明:在不同轨道缺陷条件下,钢轨在2个检测点的振动响应加速度变化特征明显,且能够提取不同轨道缺陷对应的特征规律,多组仿真实验结果误差均在5％以内.本方法是无源检测,方法简单可靠,能够有效地提高轨道检测工作效率,减少线路维护的时间.研究结果可为基于动力学响应的轨道缺陷检测工程技术提供借鉴和利用.     

基于分布式光纤的刚体温度力监测技术

针对无缝线路内部温度力引起的胀轨、断轨风险，提出了一种基于分布式光纤的刚体温度力监测技术，并开展了刚体温度力监测和钢轨不同部位的温度力测试试验。结果表明：利用分布式光纤可以监测到温度力作用下刚体的纵向位移和钢轨轨腰、轨底处的温度力分布；分布式光纤监测到的刚体在温度力作用下的最大纵向位移与百分表测量差值最大0.20 mm，相对误差为4.0%；温度力在轨腰处分布较均匀，在轨底处呈现扣件附近较大、其余位置较小的规律。     

基于城轨电客车轴箱振动加速度的轨道短波不平顺识别方法

为提高波磨指数法在通过城轨电客车轴箱振动加速度识别钢轨波磨特征方面的适用性,文章将既有波磨指数计算过程中由典型频率控制的带通滤波算法转换为典型波长控制的带通滤波算法,获得改进的波磨指数计算方法。该方法能够反映波磨发生区段的钢轨粗糙状态,并且可以有效抑制钢轨接头等引起的瞬时冲击对检测结果的影响;结合时频分析技术,可有效提取典型波磨区段的特征波长,且与现场实测结果吻合较好。     

扣件胶垫温变特性对车辆-轨道-桥梁耦合振动响应的影响研究

为研究扣件胶垫温变特性对车辆、轨道和桥梁的振动影响规律,以高速铁路WJ-7型扣件胶垫为研究对象,通过其动态力学性能试验得到不同温度下扣件的动参数,然后代入建立的车辆-轨道-桥梁耦合振动时域模型中进行分析.研究结果表明:扣件的动刚度和阻尼随温度降低而增大,低温时更为显著.从时域响应来看,当温度降低时,车体加速度和桥梁位移基本无影响,轮轨力、扣件力、轨道板加速度和桥梁加速度增大,钢轨的位移和加速度则减小.从频域响应来看,当温度降低时,轮轨力和扣件力在低频基本无变化,轮轨力主频向高频偏移且峰值增大,扣件力中高频峰值明显增大.钢轨在8～100 Hz范围内振动减弱,在125～315 Hz振动加剧,轨道板在80～400 Hz振动加剧,桥梁在80～250 Hz振动加剧.     

扣件胶垫温变特性对车辆-轨道-桥梁耦合振动响应的影响研究

为研究扣件胶垫温变特性对车辆、轨道和桥梁的振动影响规律,以高速铁路WJ-7型扣件胶垫为研究对象,通过其动态力学性能试验得到不同温度下扣件的动参数,然后代入建立的车辆-轨道-桥梁耦合振动时域模型中进行分析.研究结果表明:扣件的动刚度和阻尼随温度降低而增大,低温时更为显著.从时域响应来看,当温度降低时,车体加速度和桥梁位移基本无影响,轮轨力、扣件力、轨道板加速度和桥梁加速度增大,钢轨的位移和加速度则减小.从频域响应来看,当温度降低时,轮轨力和扣件力在低频基本无变化,轮轨力主频向高频偏移且峰值增大,扣件力中高频峰值明显增大.钢轨在8～100 Hz范围内振动减弱,在125～315 Hz振动加剧,轨道板在80～400 Hz振动加剧,桥梁在80～250 Hz振动加剧.     

高速铁路道岔打磨对钢轨平顺性及轮轨动力学性能的影响

为提高一高速铁路道岔焊缝处的轨道平顺性，解决列车通过时有异响等问题，分别采用传统垂直打磨机和数控钢轨精磨机对某1/18道岔的焊缝处进行了打磨。通过现场试验，测试了道岔打磨前后线路不平顺及列车通过时的轮轨力和振动加速度。对比打磨后钢轨平顺性和动力学性能的变化，分析两种打磨机的打磨效果及打磨遍数的影响。测试结果表明：两种打磨机均可改善道岔钢轨焊接接头平顺性；打磨后车辆通过时轮轨力、钢轨振动加速度均有所改善，且精磨机的改善效果大幅优于垂磨机；采用精磨机打磨结束后，振动频率3.0～7.0 kHz附近的钢轨振动响应幅值大幅下降，钢轨振动加速度大幅减小。     

基于三维轮轨瞬态动力学模型的钢轨波磨不平顺动力影响与识别

应用有限元理论及ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,建立三维轮轨瞬态动力学模型,分析高速铁路钢轨波磨不平顺对轮轨系统动力响应的影响特征,在此基础上,探讨钢轨波磨不平顺的识别方法。研究结果表明:钢轨波浪形磨耗会导致轮轨系统产生剧烈的高频振动,在钢轨实测波磨不平顺激扰作用下,轮轨垂向力、轴箱和钢轨垂向振动加速度等轮轨垂向动力学指标均表现出明显的高频振动特征,其高频振动频率范围位于500～700Hz,与相同速度条件下,实测钢轨波磨不平顺的主要波长成分对应;通过对轮轨系统动力响应指标进行小波包时频分析,可有效识别出钢轨波磨不平顺的波长与纵向位置。相关研究成果可为高速铁路钢轨表面短波不平顺的研究及钢轨波磨不平顺的养护维修管理提供参考。     

城市轨道交通轨面不平顺对轨道结构动力响应影响的试验分析

在某城市轨道交通线路上对钢轨打磨前后轨面不平顺、轮轨力及轨道结构振动进行测试,根据测试数据分析轨面不平顺对轮轨力和钢轨振动加速度的影响。结果表明,钢轨打磨后,轨面不平顺幅值从打磨前的0.966 mm降低为0.686 mm,轮轨垂向力可降低18%~19%,钢轨垂向振动加速度降低了2.33倍。     

考虑钢轨轴向温度力的无砟轨道振动响应分析

在轨道交通实际运营过程中,由于无缝线路不能自由伸缩,无缝线路中的钢轨存在着一定的轴向温度力的作用。建立了考虑钢轨轴向温度力的无砟轨道连续弹性三层梁模型的振动微分方程,求解傅里叶变换域中的振动位移,通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动位移。利用MATLAB软件编制相应的程序,分析了钢轨轴向温度力对无砟轨道振动响应的影响。研究结果表明:钢轨轴向温度力越大,轨道结构的振动响应越小;当轨温变化升高50℃时,轨道结构的位移和动压力都将减小约5%～10%。说明钢轨承受适当的轴向温度压力对轨道结构的减振是有利的,该结论可为无砟轨道结构设计和运营管理提供参考。     

随机轮轨力作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测仿真

以现场实测轮轨力为样本,利用参数假设检验方法,确定轮轨力幅值和频率特征,进而根据轮轨力分布特征编制荷载谱。建立轨道结构的多跨连续梁模型,分析群载作用下钢轨受力情况,确定最大弯曲应力所在位置;利用子模型技术,取最大弯曲应力所处的一跨钢轨为研究对象,建立子模型,分析不同幅值下轮轨接触斑内局部应力情况。根据临界平面法思想,建立随机轮轨力作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型。结合具体实例分析表明:在一定速度范围内,轮轨力符合正态分布;根据随机轮轨力作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型,预测U75V钢轨通过约560万吨总重时轨面萌生裂纹,与现场观察结果吻合。     

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。     

扣件胶垫老化对地铁振动的影响

以DZⅢ型扣件为研究对象,建立车辆-轨道垂向耦合Timoshenko梁模型,计算钢轨垂向振动加速度,并与一地铁线实测结果进行对比,分析扣件胶垫老化后刚度的变化对轨道振动的影响。结果表明:计算结果和实测结果基本吻合;随着胶垫老化,胶垫刚度从30 kN/mm增加到60 kN/mm时,钢轨垂向振动加速度没有明显的变化;胶垫刚度从30 kN/mm增加到90 kN/mm时,钢轨垂向振动加速度最大值增加了112%,即胶垫刚度增大2倍以上时,钢轨振动加速度所受影响较大;当钢轨振动中心频率125 Hz时,胶垫刚度变化对钢轨振动的影响较小;当钢轨振动中心频率在125~1 500 Hz时,胶垫刚度变化对钢轨振动的影响明显,加速度振级变化最大值可达14.22 dB;随着胶垫刚度的增大,轮轨力的变化比较明显,轮轨脱离的时刻明显增多。     

高速铁路曲线线路车线耦合系统动力学性能仿真分析

依据系统工程理论,建立高速铁路曲线线路车线耦合系统有限元模型,对曲线线路在高速行车条件下的耦合系统动力学性能进行仿真,研究时速300 km等级高速动车组作用下曲线线路安全与平稳性指标,曲线线路轨道结构各部分的振动响应、列车速度与曲线半径和超高的关系.结果表明动车组以350 km·h-1的速度通过半径为5 500,7 000和9 000 m的曲线线路时,动车组的垂向和横向振动加速度以及平稳性能均满足舒适度要求,而且脱轨系数和轮轴横向力也能满足列车运行安全性要求;钢轨支点的横向力表现为过超高时内轨侧大、外轨侧小,欠超高时外轨侧大、内轨侧小;钢轨、轨枕的垂向和横向加速度随速度增加明显增大,而道床和路基的垂向加速度变化不大;钢轨和轨枕的横向动位移和动态轨距扩大量随速度的增加而增大;相同速度下,曲线半径小的轨道振动相对较大.     

高速铁路钢轨波磨地段轴箱振动加速度时频特征分析

钢轨波磨是一种常见的高速铁路轨道病害。为了研究钢轨波磨参数与轴箱加速度响应时频特征之间的对应关系,从理论上探索通过轴箱振动加速度识别钢轨波磨的可行性,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立了考虑车辆主要部件柔性化的刚柔耦合动力学模型。通过与实测数据的对比,验证了模型的准确性;在研究了钢轨波磨参数与轴箱振动加速度时域信号之间因应关系的基础上提出了一种基于VMD-SPWVD的钢轨波磨时频分析方法,并验证了该方法的有效性。研究结果表明,钢轨波磨会对轴箱振动加速度信号产生较大影响;不同波深和波长下的轴箱振动加速度最大值在时域信号中的位置具有随机性;钢轨波磨参数与轴箱振动加速度均方根之间的规律性较为明显,但其作为一种时域指标无法准确定位波磨区段的位置和严重程度;相较于时域分析方法,本文提出的基于VMD-SPWVD的时频分析方法能有效反映钢轨波磨参数与轴箱振动加速度之间的因应关系,时频分析结果能准确得到钢轨波磨的特征频率且不存在干扰成分,能量幅值与钢轨波磨波深之间呈正相关,该方法可以定位波磨存在的区段并能够体现同一区段不同位置波磨的严重程度。最后采用该方法对实测数据进行分析,进一步验证了本文所述方法通过...     

柔性轮轨下轮轨波磨综合作用的振动特性研究

运用ANSYS联合SIMPACK建立基于柔性轮轨下的某型高速动车组的车辆-轨道耦合振动模型,选取典型的车轮谐波磨耗(20阶,幅值0.01～0.03mm)及钢轨波磨(波长120～150mm,幅值0.01～0.04mm)进行综合分析,对比分析4种模型在不同磨耗下的振动特性。结果表明:模态共振导致柔性体振动幅值大于刚性体振动幅值,而远离模态共振时,柔性体产生的振动幅值小于刚性体振动幅值;考虑轮轨柔性状态时,轮轨非均匀磨耗综合作用产生的轮轨力大于单独考虑轮对或钢轨磨耗时产生的轮轨力;轮轨非均匀磨耗综合作用下产生的轮轨力、轮轨振动加速度随幅值增大而增大,与速度、钢轨波磨波长呈非线性关系;轮轨非均匀磨耗综合作用下,轮对振动加速度及轮轨垂向力呈周期性包络现象。     

钢轨重型化对轮轨系统动力响应及动力传递的影响

运用能量法建立车辆—轨道耦合动力学模型,结合大秦线轨道结构力学参数,分别计算分析了45,50,60和75 kg/m共4种钢轨支承下轮轨系统各结构的动力响应,研究钢轨重型化对轮轨系统动力特性的影响。研究发现:钢轨重型化对车辆系统的动力响应影响较小,而对轨道结构和路基的影响显著;随着钢轨质量及抗弯刚度的增大,车体位移、车轮加速度、轮轨力、钢轨位移、扣件力、轨枕振动位移及枕下支承力降低,车体加速度、钢轨加速度先增大后减小,轨枕加速度增加。     

轴向温度力影响下周期离散支承钢轨竖向振动特性分析

建立轴向温度力作用下无缝线路轨道结构周期离散支承梁模型,其中钢轨采用Timoshenko梁模拟,轨枕考虑为质量块,轨下支承结构对钢轨的支承作用通过动力柔度矩阵进行模拟。通过周期结构波数有限元法,分析得到周期离散支承钢轨的频散特性及位移响应。分析周期离散支承钢轨各阶共振频率与轴向温度力的关系,并探讨轨枕间距的影响。分析结果表明:在0~5 000Hz范围内,周期离散支承钢轨竖向振动各阶共振频率均随轴向拉力的增加而增大,随轴向压力的增加而减小,且共振频率越高,其受轴向温度力影响越明显。其中,共振频率D(1 080Hz)、G(2 947Hz)、H(4 657Hz)受轴向温度力的影响最明显,可作为无缝线路钢轨内部温度力大小的主要评价指标。轨枕间距对各阶共振频率有较大影响,分析时需先确定轨枕间距实际值。     

线路支承状态变化对轨道动态特性的影响

把温度力作用下的无缝线路简化为纵向力作用的弹性等间距支承的无限长均匀梁结构,通过连续梁理论,建立了纵向力作用下无缝线路钢轨的振动模型.分析了轨道结构钢轨自振频率与其纵向力间的内在关系,分别讨论了钢轨在承受纵向拉力和纵向压力时自振频率的变化特征,比较了钢轨类型改变、钢轨支承间距变化后对上述变化的影响.结果表明:纵向拉力作用下钢轨的竖向自振频率会随着拉力的增加而增大,钢轨支承间距加大会降低其自振频率;纵向压力作用下,钢轨的竖向自振频率随着压力的增加而减小;第一振型变化趋势基本分为两个阶段,当轴向压力较小时,呈线性变化,随着轴向压力的不断增加,逐渐地产生了非线性的变化;二阶及以上振型变化与受拉状态相似.