铁路轨道横向不平顺区轮轨动力响应的研究

基于结构离散化原理，建立了一个综合考虑轨道结构与车辆结构参振的非线性轮轨横向动力工蛇行波作为激振泊并用于探索轨道横向不平顺（轨距、方向）的动态作用规律。支测试验结果验证了本文所建立的轮轨横向动力分析模型的合理。     

钢轨焊接接头不平顺演变条件下的轮轨接触分析

钢轨焊接接头处容易出现短波几何不平顺,严重制约着钢轨的服役寿命并影响行车安全。为研究钢轨焊接接头几何不平顺演变对轮轨接触行为的影响,首先,基于有限元方法建立三维轮轨滚动接触模型,分析我国某线路实测钢轨焊接接头几何不平顺处的轮轨动态响应;随后,建立局部钢轨有限元模型,通过引入钢轨材料的循环本构模型,研究循环荷载作用下钢轨接头处的应力-应变响应。研究表明：(1)随着钢轨焊接接头几何不平顺的演变,轮轨接触力和接触应力逐渐增大,其变化率也随之提高;(2)考虑列车牵引工况时,在轮轨切向力的作用下,钢轨焊接接头处的材料响应在其几何不平顺演变过程中均处于棘轮效应状态,尤其是几何不平顺演变中后期,循环积累的应变显著增加,累积应变变化率由之前的22.4%增长到53.2%,即加快了钢轨的劣化;(3)若不考虑列车牵引或制动操作时的作用力,材料响应则为塑性安定。     

钢轨焊接接头短波不平顺功率谱分析

针对焊接接头区轨面不平顺的非平稳特征，利用ＳＡＩＬＥＮＴ钢轨纵断面测量仪实测了京山线和广深线的大量焊接接头轨面不平顺样本，并首次对钢轨焊接接头轨面不平顺谱估计进行了尝试。研究表明，对单个接头轨面不平顺样本函数表现为非平稳特征，而对同一线路同种工艺下的大量焊接接头区轨面不平顺的整个样本空间表现为平稳性。对整个样本空间的谱估计可以采用经典和现代谱估计方法得到。对单个接头不平顺样本来说，由于其非平稳性，     

重载铁路小半径曲线焊接接头区域轮轨动力响应分析

通过对既有重载铁路小半径曲线区段焊接接头不平顺进行现场实测,分析了不同类型接头不平顺的波形特征;基于多体动力学理论建立车辆-轨道耦合动力学模型,计算3种类型不平顺激扰下的轮轨动力响应,并分析了凹型、凸型焊接接头不平顺波长、幅值对轮轨动力响应的影响.结果表明:在曲线区段,焊接接头不平顺会同时加剧垂向和横向的轮轨冲击作用,...     

曲线轨道不平顺对车辆动力响应影响仿真研究

研究目的:本文旨在通过现场实测和仿真计算研究曲线轨道不平顺对车辆动力特性的影响。首先,利用轨检车实测数据对我国提速线路轨道不平顺与车辆振动加速度之间的关系等进行了统计分析及相关分析,对武九线曲线段的轨道谱也进行了初步估计。其次,采用动力学仿真软件Adams/Rail建立车辆-轨道动力学模型,并以实测数据作为验证手段,分析了轨道不平顺类型、幅值和波长对车辆运行平稳性和安全性的影响,提出了对行车运行有不利影响的不平顺波长范围。研究结论:高低不平顺对列车垂向振动影响显著,轨向不平顺对列车垂向、横向振动均有显著影响,当列车以110 km/h运行时,为了避免列车在不平顺激励下产生共振,应该对2.5 m、3.72 m、20 m和28 m波长的轨道不平顺进行控制。     

25t轴重货车对钢轨焊接接头动力作用的测试

分析25t轴重货车对3种不平顺峰值钢轨焊接接头加速度和垂向动力作用的影响,提出钢轨焊接接头不平顺幅值与轮轨动力作用关系及不平顺管理维护建议。     

嵌入式轨道钢轨焊接不平顺安全限值研究

为调查嵌入式轨道的槽型轨焊接不平顺的安全控制限值及焊接不平顺现代对有轨电车及嵌入式轨道动力作用的影响,建立现代有轨电车/嵌入式轨道耦合动力学模型。计算模型中,现代有轨电车简化为多刚体动力系统,嵌入式槽型轨被视为连续弹性支承基础上的Timoshenko梁,整体道床用三维实体有限元单元模拟,钢轨填充材料用三维粘弹性弹簧-阻尼单元模拟,嵌入式道床板底部的致密混凝土底座及路基简化为等效的弹簧-阻尼单元。基于动力学仿真计算,以GB5599-1985规定的车辆动力学性能指标为评定准则,对槽型轨焊接不平顺的安全限值进行详细分析。计算结果表明,对于短波波长小于0.2 m的焊接不平顺,1 m范围内槽型轨轨顶面容差的建议控制限值为0.2 mm;对于短波波长大于0.2 m的焊接不平顺,1 m范围内槽型轨轨顶面容差的建议控制限值为0.3 mm。     

基于ANSYS轨道不平顺条件下轮轨系统频谱动力响应分析

为了分析轮轨系统在轨道不平顺功率谱激励下的动力响应,根据动力学原理并结合有限元理论,建立了轮轨接触的有限元模型,对轮轨系统进行静力分析和频谱分析,获得轮轨接触的基本特性和轮轨系统不同部位位移和加速度响应的谱值,计算结果表明,车体竖向位移最大谱值对应的频率为1.669Hz,而其最大加速度谱值所对应的频率为105.25Hz;车轴和车轮底面最大竖向位移和加速度谱值所对应的频率分别为66.27Hz和66.28Hz;同时结果显示,位移和加速度响应谱值随着列车运行速度的增加也是逐渐变大的。     

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。     

城市轨道交通曲线钢轨短波不平顺分析

城市轨道交通钢轨轨面短波不平顺是激发线路沿线振动和噪声的主要原因.通过对上海城市轨道交通某线钢轨轨面不平顺的连续布点跟踪测量,借鉴欧洲铁路在研究轮轨噪声时制定的轨面粗糙度水平标准和钢轨打磨、铣磨作业标准,用统计分析、1/3倍频和滑动平均法,分析轨面短波不平顺的时、频域组成特性以及轨面不平顺的发展规律.分析了钢轨轨面不平...     

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。     

道床刚度对钢轨接头动力响应影响研究

有砟轨道在施工阶段存在大量的钢轨接头会加剧轮轨间冲击和振动,造成钢轨伤损,影响轨道平顺性,不利于工程车辆行车安全,合理的道床刚度能减缓钢轨接头处轮轨间的冲击作用,改善临时轨道结构的受力和变形。基于多体动力学理论,以21 t轴重平车为研究对象,建立车辆-钢轨接头耦合动力学模型,研究钢轨接头区轮轨动力响应,分析道床刚度对轮轨冲击的影响规律。结果表明：钢轨接头区的轮轨冲击较为显著,其轮轨垂向力比非接头区增大约1.4倍。随着道床刚度增加,轮轨垂向力呈非线性增加趋势,钢轨和轨枕的垂向加速度和垂向位移均呈减小趋势,道床刚度为170 kN/mm时,轮重减载率最大值为0.63,接近我国规范的允许限值0.65;道床刚度小于45 kN/mm时,钢轨和轨枕的位移均超出了我国规范允许值（2.5 mm和2.0 mm）。因此,施工阶段应对道砟进行合理的捣固,宜将道床刚度控制在45～170 kN/mm。     

轨道几何不平顺安全限值的研究

为尽快解决轨道的安全管理，本文对至今尚未被确定的轨道几何不平顺的安全限值，从车辆－轨道系统耦合动力学方面进行了分析。     

轨道复合不平顺对提速列车运行影响的研究

轨道几何形位不平顺是影响轮轨动态作用力和行车平稳性的主要因素之一,是当前高速重载和提速线路的主要研究内容.利用动力模拟仿真计算多种类型轨道单一不平顺、复合不平顺和随机不平顺激扰下提速车辆的动力响应,并着重分析轨道复合不平顺对提速列车运行安全性和平稳性的影响.对各种轨道不平顺条件下车辆动力响应的计算结果进行分析对比,找出相对不利的轨道不平顺类型及其波长和幅值,为现场控制各种类型轨道不平顺、制定提速线路轨道养护维修和不平顺管理标准提供理论依据.结果表明,方向和水平复合不平顺对车辆运行的安全性和平稳性的影响较大,是需要重点控制的轨道不平顺类型.     

线路焊缝区几何不平顺动力响应仿真分析

为分析列车在不同焊缝形状和波深下的车辆动力响应与轮轨接触状态,建立普速客车-有砟轨道垂向耦合动力学模型和焊缝不平顺模型。将焊缝按照几何形状分为倒V形、M形、V形和W形,分析4类焊缝在不同波深、速度等工况下的垂向动力响应。发现焊缝不平顺会引起轮轨垂向力、轴箱垂向振动加速度等参数在短时间内增幅达到30%左右,造成较大的轮轨冲击。焊缝波深越大,车速越快,车辆-轨道系统垂向动态响应越差,轮轨垂向力最大增加66.28%。根据焊缝安全限值的计算结果,发现W形焊缝安全限值最小,倒V形焊缝安全限值最大。建议优先打磨处理W形焊缝,再依次处理V形、M形焊缝,最后处理倒V形焊缝。     

局部平顶型不平顺激扰下的轮轨动力分析

通过MATLAB软件模拟平顶型不平顺,作为机车模型的外部激扰输入,根据机车动力学理论,以机车轮轨动力指标为依据,运用SIMPACK多体动力学仿真软件,分析了小跨度桥的局部平顶型不平顺的幅值A、与不平顺波长相关的系数K和平顶长度L对轮轨系统动力性能的影响,给出了80~160 km/h速度下,轮轨垂向力、轮重减载率等重要指标,确定出危险速度。仿真结果表明,平顶型不平顺的幅值A和不平顺的系数K的增大,对机车的轮轨垂向力最大值和轮重减载率最大值都有不同程度的影响;但平顶长度L对机车的轮轨垂向力最大值和轮重减载率最大值几乎没有影响。     

不平顺谱对列车轨道系统动力性能影响的对比分析

轨道不平顺是影响高速列车-轨道系统动力响应的主要因素之一,为了对比分析不平顺谱对列车轨道系统的影响,运用轮轨系统动力学的基本原理,建立列车-无砟轨道-路基系统垂向耦合动力模型,计算分析3种不平顺谱下车辆和轨道系统的动力响应。结果表明:不同轨道谱作用下车辆与轨道系统动力响应具有较大的差异,美国轨道谱的影响最大;武广客运专线轨道谱的影响最小,但对轨道系统的影响与德国谱相近。建议对于具体实际问题,应选用合理轨道谱:既有的武广客运专线不平顺谱是在运营初期测得,适用于开通初期的高速铁路线路,对于已经运营数年的武广客运专线,应进行不平顺谱的复测,才能准确反映实际情况。     

基于轮轨接触分析的广义横向不平顺研究

铁道车辆在轨道几何不平顺激扰作用下会产生车体晃动,严重时影响乘坐舒适性和行车安全。对车辆晃动问题进行深入研究后,发现除了传统定义的轨向、高低、轨距等轨道几何不平顺之外,诸如钢轨不均匀磨耗、轨底坡变化等其他形式参数的改变也会对车辆系统产生激扰,造成车辆异常晃动。为研究钢轨廓形变化等因素对车辆系统的激扰作用,将轮轨系统视为整体并进行轮轨接触分析,基于对轮对平衡位置的研究,提出了考虑多种激扰综合作用下广义不平顺的定义以及定量计算方法。基于该方法可量化分析不均匀磨耗和轨底坡变化等因素对车辆的激扰,解释并指导解决部分类型车辆异常晃动问题。     

轨道不平顺随机性对高速铁路桥梁动力响应的影响

轨道不平顺是车桥耦合系统中最主要的激励源.既有车桥耦合振动研究通常采用时频转换法将规范轨道谱变换为空间随机序列,以此体现轨道不平顺的随机特征.然而,实际线路中的轨道谱具有显著的随机性,亟待开展考虑轨道不平顺全概率特性的车桥耦合系统随机振动研究.依据车辆、结构动力学理论,在合理构造车辆、有砟轨道、桥梁子系统模型及表达其相...     

轨道随机不平顺对高速铁路列车运行性能影响分析

轨道几何不平顺不仅是列车动力响应的主要原因,也是列车运行安全性和平稳性的重要因素。基于SIMPACK多体动力学仿真软件,分析4种基本随机不平顺对高速列车直线运行性能和曲线运行性能的影响,对比不同激励类型下列车的安全性和平稳性指标,并推导出最不利影响激励和线路位置,为现场控制基本轨道不平顺,制定轨道养护维修和不平顺管理标准提供理论依据。分析结果表明:方向和高低随机不平顺分别对列车的横向加速度以及垂向加速度影响较大,轨距随机不平顺对曲线地段列车脱轨系数作用最大,方向随机不平顺对列车在直线和第二段缓和曲线处脱轨系数影响较大,同时在两段缓和曲线处轮重减载率也急剧增大,水平随机不平顺对两个缓和曲线地段处列车的脱轨系数影响较大。