车辆—轨道系统高中低频动力学模型的理论特征及其应用范围的研究

针对铁路在提速和高速发展中碰到的车辆—轨道系统的结构磨损加剧、关键部件疲劳破坏和噪声等问题,提出必须进行车辆—轨道系统高中低频范围的动力学模型研究。根据激扰的差异及其波长范围,针对车辆—轨道系统动力学在低频、中频和高频3个范围内存在问题的性质,建立符合研究要求的车辆模型、轨道模型和轮轨接触模型,并采用合理的数学方法求解。认为以车辆—轨道系统的频率特征为基础,进行完整的车辆—轨道系统动力学研究,可以有效研究车辆—轨道系统的短时动力学和长期行为之间的关系。     

完整的车辆-轨道系统动力学研究是铁路发展的迫切需要(1)

针对铁路在提速和高速发展中碰到的车辆一轨道系统的结构磨损加剧、关键部件疲劳破坏和噪声等新问题，在总结分析大量有关技术文献的基础上，提出必须进行高中低频范围的车辆一轨道系统的动力学研究。如果只用传统的思路和方法，不对这些新问题的本质进行深入研究分析，问题不能得到合理解决。理论和试验结果表明，根据激扰的差异及其波长范围，应将车辆一轨道系统动力学划分为低频、中频和高频3个范围。针对这3个不同区域内存在问题的性质，所处的频率范围，建立符合研究要求的动力学模型，并采用合理的数学方法求解。这样，以车辆一轨道系统的频率特性为基础，进行完整的车辆一轨道系统动力学研究，开发完善的新模型，对铁路实现高速化具有重要意义。     

传统车辆模型与车辆-轨道耦合模型的垂向随机振动响应分析及比较

基于车辆－轨道耦合动力学原理，运用随机振动理论进行了轮轨系统中传统车辆模型与车辆－轨道耦合模型的垂向随机振动响应比较分析。结果表明，传统车辆模型仅适用于轮轨系统的低频振动分析，在研究高频振动时将产生大的误差；而车辆－轨道耦合模型则可适用于轮轨系统整个频率带的随机振动分析。     

高速机车车辆动力学模拟中的轮轨接触模型

为解决铁路实现高速化后严重加剧的车辆和线路状态恶化问题,必须从加强车辆—轨道系统动力学的 研究着手。迄今所发展的传统滚动接触理论仅适用于低频车辆动力学,且仅限于小蠕滑的情况。为适应高频车 辆—轨道系统动力学和大蠕滑的驱动动力学研究的需要,必须研究发展新的轮轨滚动接触力学。本文在对传统 滚动接触理论的发展作简要评述后,主要介绍并讨论了近期为配合铁路实现高速化而发展起来的新轮轨滚动接 触理论:高频非稳态滚动接触,非Hertz接触,有限元法,宏观滑动区域的接触模型及钢轨疲劳损坏机理等方 面问题。这些问题对铁路实现高速化的意义都是非常重大的。     

32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度

针对以往轨道刚度计算方法只能得出轨下垫板静刚度的取值范围或下限值,而不能确定轨道整体刚度的问题,运用大型轮轨动力学软件NUCARS建立32.5t轴重货车—轨道系统耦合动力学模型,采用动力敏感系数分析方法,通过分析轨道结构各种部件刚度组合情况下的车辆、轨道系统动力特性,研究32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度。结果表明:钢轨垂向位移、道床压力和垫板压力对垫板刚度较为敏感;轨枕垂向位移、轨枕垂向加速度、道床压力对道床刚度较为敏感;以轨道动力特性的综合效应最小为目标建立目标函数,筛选得出32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道结构的部件刚度最优匹配方案是轨下垫板刚度为140kN·mm-1,道床刚度为150kN·mm-1;最优部件刚度匹配方案所对应的轨道结构整体刚度为82kN·mm-1。     

车辆—轨道系统缩尺模型振动试验研究

通过车辆—轨道系统1:20缩尺模型振动试验,对系统的动力学性能进行研究.研制了1:20二系悬挂的缩尺铁道车辆和轨道系统模型;在对车辆和轨道系统模型进行参数测试和计算的基础上,进行了车辆模型的运行试验,了解系统的动力学响应.结果表明,缩尺模型与实际尺寸的车辆—轨道结构系统之间在动力学性能方面存在一些差距,但可以对系统作定性的和一定的定量研究.为我国进一步开展轮轨系统的缩尺动力模型试验提供参考.     

轨道动力学层状梁模型与算法中的几个问题

研究目的:轨道结构层状梁模型由于模型简单,被广泛应用于轨道动力学及车辆-轨道耦合系统动力学分析中。简化的轨道结构层状梁模型能否反映半无限空间上实际轨道结构的变形规律和动态特性,运用轨道结构层状梁模型得到的车辆和轨道结构动力响应精度如何,这些问题还未见系统研究。本文通过建立车辆-轨道结构层状梁非线性耦合系统动力学模型,构建运用交叉迭代法分别独立求解车辆和轨道结构动力学方程的显示算法,对比分析轨道结构层状梁模型与轨道结构三维块体单元模型的计算结果,以及轨道结构层状梁模型与轨道结构半无限空间模型计算结果的差异,分析轨道结构层状梁模型在车辆-轨道耦合系统动力学分析中的适应性。同时,还对比分析交叉迭代法与传统的耦合方程算法在求解车辆-轨道耦合系统动力响应时的计算效率、计算精度和算法特点。研究结论:(1)采用层状梁轨道模型模拟轨道结构是可行的,计算结果具有良好的精度,能够满足工程问题的分析要求;(2)交叉迭代法相对于传统的耦合方程算法计算效率更高,精度更好,用时更省,程序设计更容易,不仅适用轮轨线性接触分析,而且适用轮轨非线性接触分析;(3)通过引入松弛因子对轮轨接触力进行修正,可加快交叉迭代算法...     

市域铁路钢弹簧浮置板轨道振动特性研究

国内外对市域铁路时速160 km、17 t轴重条件下特殊减振措施尚未开展系统研究,工程实践经验更是匮乏.为研究钢弹簧浮置板轨道结构对市域铁路的适应性,通过建立车辆-轨道耦合动力学分析模型和三维有限元模型进行仿真计算,分析得到不同轨道结构参数下的车辆、轨道动力学响应情况.研究结果表明:道床板长度和厚度对钢弹簧浮置板轨道结...     

基于TMD的钢弹簧浮置板轨道结构改进研究

为提升钢弹簧浮置板轨道低频域制振性能,应用有限元方法建立地铁车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,对带凸台的常规钢弹簧浮置板轨道进行结构改进设计。参考某地铁实际线路,基于TMD定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,通过对无凸台钢弹簧浮置板轨道进行模态分析和谐响应分析,确定钢弹簧浮置板凸台下减振元件的最优刚度、最优阻尼;然后基于车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,研究列车动荷载作用下钢弹簧浮置板轨道改进前后低频域制振效果。结果表明:改进后的钢弹簧浮置板轨道能够有效地抑制轨道板固有频率附近频段的低频振动;合理的TMD参数匹配能够有效地控制列车动荷载下钢弹簧浮置板基频范围内的低频振动及对应频段钢弹簧支反力向周围基础的传递。     

德国基于惯性测量的轨道缺陷检测模拟研究

为准确快捷地检测轨道缺陷、保障铁路安全运营,德国斯图加特大学铁路和运输研究所创建车辆-轨道模型,模拟多种不同程度的轨道缺陷状态,并在模型车辆上搭载集成惯性测量系统以同时测量三轴加速度和陀螺仪角速度,然后利用连续小波变换和袋装决策树算法对测量结果进行分析,从而显著提高轨道缺陷检测的精度。文章将对该模型及相关研究进行介绍。     

中低速磁浮列车系统振动响应的非线性度分析

基于磁浮列车车辆—轨道—桥梁耦合动力学、电磁学、控制学和现代信号分析理论,采用数学建模与数值计算方法研究磁浮控制系统不同参数状态下车辆振动响应的非线性特征(非线性度).首先建立中低速磁浮列车—轨道—桥梁的耦合动力学模型和PID悬浮控制模型;然后编制数值计算程序,计算车辆系统在不同控制参数下的动力学响应及其非线性度指标;...     

橡胶浮置板无砟轨道过渡段动力学性能分析

无砟轨道过渡段刚度不连续,导致车辆和轨道结构系统动力学响应差别很大。针对这种情况,采用车辆—轨道系统动力学耦合模型分析方法,研究了设置橡胶浮置板无砟轨道过渡段对地铁车辆和轨道结构的动力学响应。算例结果表明,橡胶浮置板轨道过渡段的设置对地铁车辆和轨道系统产生较好的低动力响应,且使得轨面动位移变化平缓,同时降低了车体的振动加速度。     

250 km/h城际铁路的扣件间距选取研究

以车辆动力学、轨道动力学有限元方法为基础,以轮轨关系为联系纽带,将机车车辆、轨道作为一个整体大系统,应用计算机数值仿真的方法并借助于通用大型有限元动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA建立车辆-线路垂向全车耦合模型,来分析城际铁路各项动力性能随扣件间距增大的变化规律。并与高速铁路设计规范建议的运行速度为350值25 kN/mm,扣件间距为0.687 m的动力性能比较。找出适合运行速度为250 km/h时的更为经济、合理的扣件间距。     

轨道不平顺对直线电机轨道交通系统动力特性的影响

针对广州直线电机地铁轨道结构形式,利用耦合动力学理论和有限元方法,建立较为完整的直线电机轨道交通系统车辆板式轨道空间耦合动力学模型,通过动力仿真计算,研究轨道不平顺对直线电机轨道交通系统动力特性的影响。     

45 t轴重重载铁路扣件系统刚度分析

为分析45 t轴重重载铁路有砟轨道扣件系统刚度合理取值范围,首先,使用钢轨容许应力法及轨道容许变形法分析扣件系统静刚度合理取值范围;然后,建立45 t轴重重载货车-有砟轨道空间耦合动力学模型,以美国五级谱及钢轨焊缝不平顺作为该耦合系统激励,通过分析车轨耦合动力学模型在不同激励、不同动刚度下的动力响应变化,分析扣件系统动刚度合理取值范围。结合钢轨容许应力法及轨道容许变形法,建议扣件系统静刚度范围为200～240 kN/mm;通过综合比较最大轮轨垂向力、最大枕上压力、最大钢轨垂向位移及最大轮重减载率4个评价指标在不同轮轨系统激励及不同扣件系统动刚度下的变化范围,建议扣件系统动刚度范围取240～300 kN/mm。     

不同减振轨道上地铁车辆动力学性能对比分析

为研究地铁车辆在不同减振轨道结构上的动力学性能,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立考虑不同类型减振轨道的地铁车辆-减振轨道耦合动力学模型.基于动力学仿真,对比分析地铁车辆在4种常用减振轨道上的横向稳定性,以及直线和曲线段的轮轨动力学性能.结果 表明:减振轨道结构参数对地铁车辆横向稳定性有很大影响,弹性扣件减振轨道上车辆的轮轨安全性指标略小于其他3种减振轨道.     

车辆作用下板式轨道动力分析模型及验证

基于车辆-轨道耦合动力学理论;采用多刚体动力学理论建立车辆系统动力学方程;以梁-板-板有限元模型模拟板式轨道;通过轮轨关系将车辆系统和板式轨道系统联系在一起;建立车辆-板式轨道耦合动力学模型。采用德国高速低干扰谱作为轮轨激励进行板式轨道动力学仿真分析。车辆参数按200 km/h动车组选取;轨道参数参照遂渝线板式轨道结构选取;计算多种车辆运行速度下板式轨道的动力响应;并与遂渝线无砟轨道综合试验段动力学测试结果对比。仿真计算结果与试验数据吻合较好,表明该模型正确可靠,可用于研究车辆荷载作用下板式轨道的动力学问题。     

弹性车轮车辆临界速度及曲线通过性能分析

建立了弹性轮对车辆—轨道耦合系统动力学模型,对弹性轮对车辆—轨道耦合系统的临界速度及曲线通过性能进行了动力学仿真,并与刚性轮对车辆的计算结果进行了比较和分析。根据GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定及试验规范》进行评价,结果表明,弹性车轮的临界速度及曲线通过性能均满足要求。     

市域铁路钢弹簧浮置板轨道刚度的合理选取

钢弹簧浮置板轨道已广泛运用于地铁线路中,为适应广州地区市域铁路规划,考虑穿越市区地段沿线敏感点环境保护,其对市域铁路的适用性有待研究.通过建立车辆-轨道耦合动力学模型和轨道-隧道-土体有限元模型,分析时速120～160 km市域铁路钢弹簧浮置板轨道的安全平稳性及减振效果,据此确定钢弹簧刚度的合理取值.研究结果表明:(1...     

客运专线曲线线路车线耦合系统动力学性能与无砟轨道结构振动响应的仿真研究

依据系统工程理论的思想,对客运专线曲线线路车线耦合系统的动力学性能和无砟轨道结构车辆线路耦合系统振动响应问题进行分析和仿真研究,主要研究内容如下。(1)基于车辆—轨道耦合动力学理论和有限元理论,系统分析车线耦合系统中各部分的运动状态,分别建立机车车辆、普通曲线线