基于车辆-轨道单元的桥上CRTS Ⅱ型板轨道竖向振动分析

根据车辆与桥上CRTS II型板轨道结构相互作用的特点,提出一种车辆单元与一种轨道单元,运用有限元方法和Lagrange方程,建立2种单元的动力有限元方程。车辆单元与传统车辆模型的不同在于每个车轮下附有一系钢轨,该钢轨仅用于车辆与轨道之间的耦合,不计其质量和刚度。利用这种车辆单元,可建立运行车辆与轨道结构耦合的显示算法,避免了复杂的程序编制工作。基于轨道参振作用,轨道单元从形式上表现为扣件间距范围内的一段轨道截矩,涵盖了钢轨、扣件、轨下垫板、轨道板,混凝土连续底座板、桥面板以及相互作用的4层梁模型。计算结果与文献对比表明,基于车辆单元与轨道单元的车辆—轨道—桥梁耦合振动模型及其程序能够反映轨道结构的振动特性以及进行相应的动力性能分析。     

轨道结构落轴冲击动态响应有限元分析

通过确定落轴冲击问题的轮轨接触条件,根据接触冲击响应的虚位移原理,将轮轨接触边界条件用罚函数法释放,确立轮轨接触变分方程;采用点面接触单元导出轮轨接触有限元控制方程,进一步建立轨道结构动力有限元方程,从而可模拟计算落轴冲击对轨道结构产生的动态响应。基于该分析方法,求解了弹性支承块轨道结构的动力性能,并由现场实测得到验证。结果表明,运用所建立的落轴冲击有限元计算模型分析轨道结构动力性能,直观有效。     

轨道板强度问题的有限元分析初探

板式轨道结构是无碴轨道一种重要的结构形式。本文在建立板式轨道结构的有限元模型后，结合有关部门所做的研究工作及其技术条件，对轨道板的强度问题进行了初步的探讨，以期能为今后对轨道板的强度问题进行详尽的分析及进行轨道板的断面优化设计等进一步的工作提供有益的参考。     

轨道结构的非线性有限元分析

实际轨道结构受载时的力学行为，属于典型的非线性力学问题。钢轨垫层刚度，钢轨抗扭刚度和扣件扣压力的大小是影响轨距扩大的主要因素。根据非线性有限元接触理论，建立了能准确反映扣件，钢轨与垫层的拧紧接触，以及受载车轮与钢轨侧向滑动接触的力学计算模型；并研究计算了不同扣件压力下，由于受载车轮与钢轨侧向滑动接触引起的轨距扩大问题。     

弹性支承块轨道结构落轴冲击动力性能分析

将轮轨接触边界条件用罚函数法释放,采用点面接触单元导出轮轨接触有限元控制方程,建立轨道结构落轴冲击动力有限元方程。分析落轴冲击对轨道结构产生的动态响应,比较弹性支承块及短轨枕埋入式整体道床轨道结构的动力性能,并用现场实测数据进行验证。结果表明:弹性支承块轨道结构与普通短轨枕结构相比,其轨下及块下刚度易于调整,可进行双层弹性的合理匹配,从而有效吸收轮轨冲击,提高列车运行平稳性,具有减振降噪与延缓轮轨磨损等优越性能。建议其块下刚度稍大于轨下刚度,增幅值控制在20%以内。     

长定子中低速磁浮列车轨道非线性有限元分析

对长定子中低速磁浮列车轨道进行了较全面的非线性接触有限元分析,并将不同支承形式下的数据进行了比较。研究弹性体主要设计参数,如弹性体厚度、半径对磁浮列车轨道强度、刚度等性能的影响和变化规律。提出了长定子中低速磁浮列车轨道弹性体主要结构尺寸的合理选取范围。     

浮置式轨道结构的自振频率有限元分析

浮置式轨道结构作为一种减振降噪的轨道结构,广泛应用于城市轨道交通线路中。目前,这类轨道结构有钢弹簧浮置板、隔离式减振垫和梯形轨枕等几种轨道型式,其中钢弹簧浮置板轨道又包括传统的现浇钢弹簧浮置板轨道与新型的预制钢弹簧浮置板轨道。文章通过对这4种浮置式轨道的自振频率有限元分析,研究了不同设计参数对它们各自自振动频率的影响,以期为今后浮置式轨道结构其他动力特性分析提供参考。     

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型与验证

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力响应是高速铁路设计、施工和运维普遍关注的问题。为了较好地掌握高速列车荷载作用下的无砟轨道、路基以及地基各结构的动力响应,采用实体单元对无砟轨道结构、路基和地基进行建模,考虑扣件系统的5层垫片和弹条,以超弹性材料本构关系模拟橡胶垫片的大变形行为,以三维黏弹性静-动力统一人工边界模拟无限地基,以静动力顺序分析模拟路基和轨道的建造过程,以实测轮轨力模拟列车高速运行时产生的激励,构建高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型,采用实测数据,从动位移、动应力和动应变三方面对模型进行验证。研究结果表明,所建模型间接地考虑了空气和轨道不平顺对高速运行列车荷载的影响,考虑了扣件系统多层垫片间接触压力的传递和扩散,能很好地模拟列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基系统的动力响应,与实测结果吻合很好。高速列车荷载作用下基床表层的动应力小于20 kPa,动应变处于10με量级,表明路基处于小应变和弹性变形状态。该模型可用于深入研究高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力学行为,为高速铁路无砟轨道结构及路基设计、优化提供一种有效的计算分析手段。     

基于多目标优化的磁浮轨道梁有限元模型修正

基于精细有限元建模与多目标优化算法,建立一种适用于具有复杂附属结构的磁浮轨道梁有限元模型修正方法。以一座典型的磁浮连续轨道梁桥为研究对象,建立其精细初始有限元模型;在灵敏度分析的基础上选择待修正参数,利用模态频率和振型等结构实测动力响应构造修正目标函数;采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对多目标优化问题进行求解,得到其Pareto最优解集。研究结果表明:模型修正后结构的模态频率和振型计算值与实测值吻合良好,修正后的有限元模型能够精确全面地模拟实际结构,且能确保设计参数合理且具有明确物理意义。     

基于车辆-轨道单元的无砟轨道动力特性有限元分析

根据CRTSⅡ型无砟轨道系统结构特点,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出一种包含钢轨、扣件、轨下垫板、预制轨道板、CA砂浆层、混凝土支承层及路基的无砟轨道单元,并推导该单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。运用Lagrange方程建立高速列车通过时无砟轨道动力特性分析的有限元数值方程。结合实例,研究无砟轨道轨下垫板、CA砂浆层、路基等结构参数对轨道振动的影响,并对有砟轨道与无砟轨道连接段动力特性进行分析,分析时考虑列车速度、轨道基础刚度等影响因素。计算结果表明:无砟轨道结构参数合理取值与刚度合理匹配可显著提高轨道整体工作性能;连接段轨道基础刚度变化对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随列车速度提高而增大;连接段采取轨道刚度渐变过渡措施,可明显降低车辆-轨道结构冲击振动,有效改善行车品质。     

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.     

高速铁路有砟轨道结构动力特性分析研究

根据我国新建高速客运专线和200 km·h-1既有线提速改造的实际情况,以有砟轨道结构为研究对象,进行轨道结构动态响应有限元建模与轨道不平顺影响的动力分析、落轴冲击数值计算和不同垫层隔振性能分析、无缝线路钢轨振动特性谐波响应分析及室内实尺模型试验,研究轨道结构动态特性.     

不同类型轨枕轨道结构动力性能试验研究

加强轨道结构是列车提速前线路改造的主要内容之一。目前在提速线路上有Ⅲ型枕和Ⅱ型枕轨道结构,不同的轨道结构具有不同的动力特性。本文就Ⅲ型枕和新Ⅱ型枕轨道结构的动力特性进行试验研究。试验时采用落轴和动力激振两种加载方法,测试轨道结构的动力响应有轮轨作用力、轨座反力、钢轨和轨枕振动加速度。测试结果表明,Ⅲ型枕的质量较大,轨道结构的刚度也较新Ⅱ型枕的大得多。落轴试验时,Ⅲ型枕轨道结构的钢轨、轨枕振动加速度都比新Ⅱ型枕的小,且Ⅲ型枕的振动频率也要低得多,但两种类型轨枕轨道结构的轮轨冲击力相接近。现场试验表明,Ⅲ型枕轨道结构更加稳定。根据试验结果,认为为提高提速线路的稳定性和延长维修养护周期,在列车速度大于160 km/h的线路上宜采用Ⅲ型枕、60 kg/m钢轨的轨道结构。     

无缝线路稳定性有限元分析

建立无缝线路横向胀曲的有限元模型,推导相应的数值计算公式,并编制计算程序。运用该模型,分析道床横向阻力、轨枕失效、扣件横向弹性系数、曲线半径、线路初始弯曲对无缝线路稳定性的影响,并提出提高轨道结构稳定性的具体措施。     

轨道结构参数对钢轨和轨枕振动特性的影响

建立轨道结构三维实体有限元模型,同时考虑钢轨、轨下垫层、轨枕和道床,并与已有轨道结构振动模型的数值结果进行比较。结果表明,本文模型的数值结果在高频部分较合理,能够反映轨道结构高频振动特性。分析不同轨道结构参数对钢轨和轨枕振动特性的影响,这些轨道结构参数主要包括钢轨材料损失因子和钢轨质量、轨下垫层损失因子和垂向刚度、轨枕质量和损失因子、道床的刚度与阻尼特性等。分析结果表明,轨道结构参数的改变对钢轨和轨枕在不同频域范围影响不同,通过合理的轨道结构系统参数优化设置,可达到减振降噪效果。相关计算和分析结果可为低噪声轨道的设计提供依据与参考。     

无缝线路稳定性分析有限元模型

利用有限元法建立包含钢轨、扣件、轨枕和道床阻力为一体的轨道框架模型。研究在温度力作用下无缝线路的臌曲失稳问题。推导相应的数值计算公式并编制了计算程序。轨道框架模型由4种单元组成：用考虑钢轨非线性变形的平面梁单元代表钢轨；无几何尺寸的两结点弹簧单元模拟钢轨扣件；弹性基础上的普通平面梁单元表示轨枕；弹簧单元模拟道床的横向、纵向阻力，并考虑了道床阻力的非线性特性。运用该模型，分析道床横向阻力、轨枕失效、曲线半径和线路初始弯曲对无缝线路稳定性的影响，得到不同工况下钢轨横向位移-温度曲线、钢轨内应力分布及钢轨和轨枕的横向变形分布曲线。     

高速铁路线路参数与线路方案动力分析研究

线路线形条件对高速铁路行车安全性及乘坐舒适性的影响显著增强。我国在制定高速铁路规范时,总结吸收国内外建设及运营管理经验,提出了较高的线形标准。采用动力仿真分析方法对高速铁路参数进行探讨,对高速铁路线路关键参数进行分析,提出线路平、纵断面关键参数合理取值。针对京沈高铁试验段开展更高速度综合实验,对线路线形方案开展动力学分析及评估。提出线路圆曲线、反向曲线夹直线最小长度、竖曲线最小半径关键参数合理取值,可有效减少工程建设投入;通过对京沈高铁试验段开展更高速度综合实验,对线路线形方案开展动力学分析及评估,提出通过增加8 000 m曲线半径超高的方法,提高速度400 km/h列车舒适度。     

技术站广义动态配流问题的遗传算法

技术站广义动态配流问题是在综合考虑优先排空和优先发送较近编组去向车流的编组要求、欠轴列车停运要求,以及到发列车在时间和车流接续关系的基础上,将静态配流和列车解编方案调整进行协同优化。分别以阶段内出发列车数最多、出发车辆数最多、车辆在站平均中转时间最短为目标,考虑解体、编组调机能力限制,到发列车车流接续,列车编组计划和列车运行图的影响约束,建立该问题的优化模型。针对问题机理,设计求解这一问题的遗传算法:运用启发式规则生成初始群体;运用倒数算子计算适应度函数,对各目标进行无量纲化和同向化处理;采用轮赌盘选择算子、基于顺序的杂交算子、逆转变异算子和精英保护策略。通过对算例的实验分析,表明该算法的实用性和计算的高效性。