轨道结构路桥过渡段静力分析

将轨道结构简化为弹性支承交叉地基梁系，建立了有碴轨道结构路桥过渡段的空间计算模型，采用ANSYS有限元分析软件对过渡段结构进行了静力分析，并对不同的竖向支承刚度比时过渡段钢轨及轨枕的应力及位移进行了讨论。     

板桩轨道结构静力分析

提出了一种简化的板桩轨道结构静力计算模型,得出不同桩刚度、桩距、路基刚度条件下轨道板的最大位移和最大转角及其变化规律,从而为板桩轨道结构的设计应用提供理论依据。     

考虑轮胎侧偏特性的跨座式单轨车桥耦合振动模型

为研究跨座式单轨交通车辆-轨道梁系统的耦合振动,以重庆市跨座式单轨交通-预应力混凝土简支梁为研究对象,建立了车辆和轨道梁的耦合振动模型。每节车辆简化为15个自由度的动力系统,并考虑所有轮胎的侧偏特性。车辆运动微分方程由拉格朗日方程导出,轨道梁简化为欧拉梁,用模态综合法建立其运动微分方程。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并与实测结果和不考虑轮胎侧偏特性的模型做了比较。计算结果表明:考虑轮胎侧偏特性的模型的计算值及变化规律更接近实测值;研究竖向耦合振动问题时可不考虑轮胎的侧偏特性,研究横向耦合振动问题时应该考虑侧偏特性的影响。     

跨座式单轨交通系统耦合振动特性

将列车的每节车厢简化为15自由度的动力系统,由拉格朗日方程导出其振动微分方程,将轨道梁简化为欧拉梁,基于能量法和车辆与轨道梁位移协调条件,建立了车辆和轨道梁耦合运动控制方程,研究了跨座式单轨交通轨道梁的动力特性。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并比较了计算结果与实测结果。比较结果表明:理论计算结果与实测结果基本吻合,车速对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大,加速度随车速增大而增大,在40~50 km.h-1处出现最大值,之后随车速增大反而减小;轮胎模型与轨道表面不平度功率谱密度函数对轨道梁横向响应计算结果影响较大,使计算误差增大。     

轨道交通站点吸引范围研究及其应用——以深圳轨道7号线为例

国内轨道交通正处于快速发展阶段,围绕轨道站点布设换乘设施成为建立一体化公共交通体系的重要手段。以乘客出行时间最小为目标建立轨道站点吸引范围模型,给出了简化求解思路。最后,以深圳市轨道7号线站点为例,阐述模型在实际工程案例中的应用,计算结果表明,距离中心城区越远,其吸引范围越大。     

用简化模型分析铁路轨道的横向动力响应

根据轨道结构的特点,建立了横向振动简化模型,以分析轨道结构的横向刚度对轨横向作用力和钢轨横向振动的影响。从计算结果可知,轨道结构的横向振动频率较低,且钢轨与轨枕的横向振动主频相接近。道床刚度对轨道的横向振动影响较大,从理论上分析了钢轨和轨枕的动力响应与轨道横向刚度之间的关系。最后建议提高轨道的平顺性,降低轨道结构的横向振动以适应快速列车的行车要求。     

缓和曲线线型对双层轨道-车辆系统的影响分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论,针对以往研究轨道结构模型被过于简化的问题,通过对轨道模型细化分层,建立了具有双层轨道结构的高速列车动力学模型,利用该模型对高速线路缓和曲线线型,即三次曲线、线性变化、正弦曲线、余弦曲线四种线型进行了动力学分析.研究结果表明:列车经过线性变化型缓和曲线时的动态响应波动最明显,正弦型次之,三次抛物型最小.因此建议优先采用三次抛物型缓和曲线.     

轨道结构的垂向振动特性

本文将轨道结构简化为用分布弹簧和阻尼器联系的双层梁，用振型分解法研究了在移动荷载作用正轨道结构的垂向振动特性。     

板式轨道结构计算模型的对比分析研究

为研究板式无砟轨道结构不同计算模型的差异,本文以文献算例为参考,根据弹性地基梁模型和实体模型的计算理论,采用大型有限元软件ANSYS,分别建立了相应的有限元模型,分析了钢轨和轨道板的位移、弯矩和应力分布;从模型的简化程度、计算理论和边界条件等方面,对两种模型的差异进行了对比分析。结果表明:两种模型对钢轨的计算结果基本相同,对轨道板的计算结果相差较大;弹性地基梁模型理论清晰,计算简单,可用于工程的设计和施工,但有一定局限性,而实体模型更能反映结构的实际情况,更适用于结构的研究和设计,其计算结果表明,轨道板应力和位移的横向分布是不均匀的,建议对弹性地基梁模型进行改进和修正。     

无砟轨道板骨料基体相的面积比率分析

为了保证高速铁路CRTSⅡ型无砟轨道板高质量高精度的磨削加工,需要对其主体材料——水泥混凝土的磨削性能进行分析研究。首先介绍了CRTSⅡ型无砟轨道板的整体结构、加工精度及材料组成;然后提出选用并联模型作为混凝土结构的简化模型,计算出了骨料和基体的面积比率;最后通过与试验分析结果比对,可对理论结果进行适当修正。该研究结果为轨道板磨削力的研究奠定基础,最终将促进轨道板磨床的优化设计、丰富混凝土磨削加工理论。     

轨道结构空间振动时变模型建立方法的研究

基于既有的轨道模型，采用有限单元法，运用弹性系统总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则，建立了轨道结构空间振动的振动方程组。采用轨道不断“增加和缩减”技术，使该模型的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和荷载列阵具有时变特性，从而便于计算无限长轨道上的车辆-轨道耦合振动。以法国TGV中速动车为例，速度取200km／h，计算了12km轨道上的车辆-轨道耦合振动动力响应值，列出了部分响应曲线图。该模型的建立为开展长时间的车辆-轨道耦合随机振动奠定了基础。     

铁道车辆通过辙叉时的垂向动力模拟计算

在车辆－轨道垂向系统统一模型的基础上，提出铁道车辆－辙叉相互模型。对道岔结构作一定的简化处理，针对道岔垂向几何不平顺，运用轮轨系统耦合动力学理论，模拟计算得到车辆通过道岔辙叉时的轮轨冲击力以及车体、辙叉、岔枕和道床等振动响应。模拟结果显示：辙叉叉心处的不平顺空间，是直接影响轮轨冲击力的部位，它可以引起较大的轮轨冲击力，并引起车辆与轨下基础结构振动。     

长大列车通过弹性曲线轨道仿真求解方法研究

为解决长大列车与连续长弹性轨道的同步仿真问题,以列车通过曲线轨道为例,采用重载列车-轨道耦合动力学模型,分析了压钩力作用下轨道结构与30 t轴重列车的动态特性,提出了长大重载列车与轨道动态相互作用仿真时模型的简化求解方法.该方法将庞大的列车/轨道耦合振动系统以有限数目的三维车辆模型代替,并考虑其轨下基础结构弹性,从而极大缩减系统运动自由度.研究结果表明:列车可简化为单质点车辆模型和三维车辆模型混合的短编组列车,当模型中只包含一个三维车辆模型,且其前、后车辆均以单质点模拟时,计算结果偏低;列车承受2 200 kN压钩力并通过400 m半径曲线线路时,货车最大轮轨横向力和垂向力较多节三维货车编组模型的计算结果分别低估了24%和4%,钢轨横向、垂向位移则被低估了20%和8%;端部车辆采用单质点模型、中部采用三维车辆模型的车辆数至少为3时,才能较为准确地反映中间目标车辆处轮轨作用力和其下部轨道结构的动态特性.      

一种改进型轨道电磁发射方式

为简化系统结构和提高能量利用率,从轨道电磁发射的基本原理和整体系统出发,对现有的2种典型轨道电磁发射方式——分散馈电型轨道电磁发射和分段轨道型电磁发射进行了分析,在此基础上,提出了一种改进型轨道电磁发射方案,并对其进行了全系统建模仿真.新方案采用三维排列轨道结构,改变了电源与轨道之间的连接方式,减少了电路开关.仿真结果表明:改进型方案提高了整体系统的能量利用率,为简单型轨道电磁发射系统能量利用率的3倍,从整体上简化了系统结构,减小了储能模块的封装体积.     

钢轨磨耗型波磨计算模型与数值方法

分析了国内外铁路钢轨波浪形磨损理论模型,提出了车辆轨道垂、横向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和钢轨材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型,发展了相应的数值方法。模型中车辆结构和轨道下部结构被简化成等效的质量、弹簧和阻尼系统,钢轨用Euler梁代替,并考虑它的垂向、横向弯曲变形和扭转变形,利用修改的Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论和相应的数值方法计算轮轨蠕滑力和摩擦功,假设材料单位面积磨损量正比于轮轨接触面摩擦功密度。利用该模型和相应的数值方法分析了几个磨耗型波磨情况,结果表明该模型可以模拟轨道多种缺陷(轨缝、扁疤、凹坑、轨枕间距、随机不平顺等因素)引发的钢轨磨耗型初始波磨和发展规律,可以模拟由于钢轨在机械加工或打磨过程中形成的初始波磨的演化过程,可以通过改善轨道特性来消除或减少波磨的发生和发展。     

轨下连续支承纵向轨枕轨道计算分析

目前工程实践采用的纵向轨枕结构轨下垫和纵向轨枕枕下减振垫的布置模式,一般为2-1-2-1布置(每布置2个扣件布置1个枕下垫)即轨下点支承纵向轨枕轨道模式,文章基于现有的纵向轨枕模型提出设想,设计运用一种新型橡胶减振垫用于填补在钢轨下部,使得钢轨与橡胶减振垫接触并以此分散作用于钢轨上的轮轨力,从而达到减振的效果,建立两种不同的纵向轨枕结构形式的力学简化模型,借助于有限元理论编制程序,对轨下连续支承纵向轨枕轨道和点支撑纵向轨枕轨道进行钢轨和轨枕的受力以及位移大小进行比较,得出纵向轨枕连续支承轨道结构在分散钢轨力和减小钢轨位移具有一定的效果。     

轨下垫板参数对轨道结构垂向振动影响研究

以往高速铁路研究的轨下结构过于简化,且只考虑了轨下弹性垫板单一变量对轨道动力学的影响,而不能综合考虑刚度和阻尼参数对轨道结构动力学性能的影响.在车辆-轨道耦合系统动力学理论的基础上,运用动力学软件SIMPACK建立高速车辆-板式无砟轨道模型,通过对原有单层轨道拓扑优化后设置分层,分析轨下弹性垫板刚度和阻尼对板式无砟轨道结构动力学性能影响.研究结果表明:轨道结构细化分层分析与实际高速铁路板式轨道结构更加相符,能够更准确的反映轨道局部结构对轨道垂向动力学性能的影响;垫板老化后的刚度增大加剧轮轨相互作用,降低轨道垂向位移,减弱钢轨的振动,同时导致轨道板振动加强;垫板失效后的阻尼减小同样增强轮轨相互作用,使得轨道垂向位移和振动加速度增大;轨下垫板刚度的敏感参数顺序为轨道板垂向加速度、钢轨垂向加速度、轨道板垂向位移、钢轨垂向位移和轮轨力.     

基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道耦合振动分析

运用车辆－轨道耦合动力学理论，建立了基于Timoshenko梁钢轨模型的车辆－轨道耦合振动模型，分析了钢轨的固有振动特性，初步探讨了车辆－轨道系统的动力响应，结果表明，Timoshenko梁钢模型在固有振动及强迫振动两方面均与Euler梁钢轨模型有明显不同，前者能更详细地描述钢轨的高频特性。     

无碴轨道动力学理论及应用

根据车辆-轨道耦合动力学理论，建立了列车与路基上无碴轨道空间耦合动力学模型．模型中将钢轨视为弹性点支承基础上的Bernoulli-Euler梁，将轨道板及混凝土底座视为弹性基础上的弹性薄板．推导了路基上无碴轨道的运动方程．用上述模型及方程分析了遂渝线无碴轨道综合试验段路基上板式轨道及过渡段的动力学性能．结果表明，快速客车、重载以及普通货车通过路基上板式轨道时，轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、以及CA砂浆和路基面动应力等动力学指标均小于许用值．该无碴（板式和双块式）轨道与有碴轨道过渡段在客运列车作用下钢轨挠度变化率均小于许用值（0．300mm／m），在货物列车作用下略大于许用值．     

提速列车轮轨附加动荷载分析

针对我国现有铁路情况，分析不同速度下轮轨竖向附加动荷载。根据随机振动基本原理，引入轨道不平顺谱。建立了轮轨相互作用模型，行车速度，轨道不平顺、轨道刚度以及车体和簧下质量是影响附加动荷载的主要因素。