不同无砟轨道类型对车辆动力学特性影响的数值分析

利用车辆-轨道耦合动力学理论,建立了不同类型无砟轨道垂向耦合动力学模型,分别计算了整体式无砟轨道、板式无砟轨道以及浮置板式无砟轨道在列车运行下的振动响应,分析比较系统振动响应受无砟轨道道床类型、车速、不平顺波深、扣件刚度和板下弹簧刚度的影响。结果表明,系统振动响应均随车速的提高而增大;车速、不平顺波深、扣件刚度和板下弹簧刚度对整体道床式无砟轨道系统振动响应影响最大,板式无砟轨道次之,对浮置板式无砟轨道系统振动响应影响最小;相对而言,浮置板式无砟轨道动力特性最好,其次为板式无砟轨道,整体式无砟轨道的动力特性最差。     

快速线路轨道刚度合理值的研究

轨道动态几何形位直接对行车安全、轮轨作用力、车辆振动产生影响.轨道动态几何形位的变化与众多因素相关.轨道刚度变化同时影响着轮轨动荷载和轨道动态几何形位的变化.将沪宁线轨检车实测动态不平顺输入动力仿真软件,分别计算不同垂向和横向刚度时的轮轨动轮载和钢轨的垂向、横向动位移,并改变车辆速度和输入不平顺的大小,分析轨道不平顺、轮轨动荷载和钢轨动位移之间的关系.利用正态分布的原则统计不同状态下动轮载和动位移的最大值,分析对比钢轨动态变形和轮轨动荷载随刚度和速度的变化趋势,提出了合理的轨道刚度取值范围,并分析了初始不平顺大小对轨道动态位移的影响.     

高速铁路基结构空间时变系统耦合动力分析

考虑高速线路的实际工况,建立了包括轨道结构和车辆的路基结构空间时变动力系统分析模型。将线路结构及车辆离散为不同的单元,采用能量原理导出了系统动力方程,进一步建立了系统动力矩阵。作为模型的验证,对连续谐波不平顺条件下系统动力响应进行了分析,得出了车辆走行过程中的车体加速度、动轮载以及基床动应力、基床动变形等动态响应结果。计算结果表明,本文中的计算模型是合理的。     

高速铁路路基结构空间时变系统耦合动力分析

考虑高速线路的实际工况,建立了包括轨道结构和车辆的路基结构空间时变动力系统分析模型.将线路结构及车辆离散为不同的单元,采用能量原理导出了系统动力方程,进一步建立了系统动力矩阵.作为模型的验证,对连续谐波不平顺条件下系统动力响应进行了分析,得出了车辆走行过程中的车体加速度、动轮载以及基床动应力、基床动变形等动态响应结果.计算结果表明,本文中的计算模型是合理的.     

基于虚功原理的轨下支承失效动力响应研究

将列车、轨道和桥梁视为3个子结构,基于虚功原理分别推导了三者的动力耦合方程。各子方程按对号入座的方式组装成列车-轨道-桥梁耦合矩阵,其中轨道和桥梁子系统之间采用离散的弹簧-阻尼连接。由于轨下结构的破坏出现轨下支承失效时,计算模型应将轨道下端与桥梁相应连接的弹簧-阻尼去除,进而修正原始组装的刚度矩阵和阻尼矩阵。针对轨下支承失效问题,应用该方法分析了轨道和桥梁动力响应的变化规律。结果表明：轨下支承失效改变了连续的轨道支承刚度,导致车辆通过失效区域时的轮轨接触力剧烈变化;只考虑轨道的动力不平顺时,轨下基础支承缺陷对桥梁的位移响应影响较小,但会加剧桥梁的加速度响应;轨下支承失效的范围越大,轮轨接触力和桥梁的加速度越大;对于轨道的位移和加速度,两者会随轨下支承失效破坏区域的扩大和列车走行速度的提升而显著增加。     

提速线路轨道过渡段动力响应分析

利用车辆－轨道耦合动力有限元计算,对轨道过渡段不同工况进行仿真分析,讨论了这两种因素对轨道过渡段动力系数的影响,得出不同于传统观点的结论。计算结果表明,过渡段轨道底部刚度的突变并不直接导致动力系统的增大,而一旦存在不平顺折角,轮轨之间的动力系数将急剧增大。     

机车—轨道—桥梁垂向耦合动力学分析

将铁路机车，轨道，桥梁作为一个整体系统，建立了其垂向耦合动力学分析模型，编制了计算程序，并研究了机车过桥的动力学特性及其对受电弓－接触网系统动力性能的影响，桥上轨道与土路基轨道间的动力不平顺对机车振动的影响。研究表明，由于轨下基础的刚度不同，形成的动力不平顺将在轮轨间引起动力冲击作用，对正常结构的桥梁，机车过桥对弓－网接触压力影响不大。     

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。     

车辆-轨道耦合动力学在轨道下沉研究中的应用

将车辆-轨道耦合振动模型和轨道累积下沉计算模型相结合,以轨道结构动力学响应参量和轨面高低不平顺状态变化作为两者间的联结纽带,从车辆-轨道耦合动力学角度研究了轨道的下沉变形特性.研究结果表明,随着轨道动荷载重复作用次数的增加,轨道下沉量逐渐累积;轨面初始不平顺对轨道下沉变化影响较大;受轨道累积下沉的影响,轮轨力、轨道结构响应加大.     

轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系分析

从时域和频域两个方面来研究轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系.首先,利用轨道不平顺和轮轨动力学模型来计算轮轨间的动力荷载,加载到轨道有限元模型上得到一定运量下的道床变形和轨道不平顺分布;其次,利用傅立叶变换分别得到了一定运量后轨道不平顺的里程-功率谱、平均功率谱及其拟合谱,分析了不同波长不平顺同道床沉降之间的相关性,并同现场数据相对照.再次,结合现场轨检车的测力轮对数据,包括轨道不平顺、轮载和车体振动加速度,分别从时域和频域两个方面对三者之间的相关性进行分析,并分析了轨道不平顺状态对车轨动力响应的影响程度;最后,认为道床沉降主要影响的是轨道长波不平顺,而对短波不平顺则影响不大,而且从时域和频域来看,轨道不平顺的分布与车体振动加速度的分布相类似,而与轮载分布不同,而且波长较长的轨道不平顺引起车体的振动,它是影响车体振动和车辆运行平稳性的主要因素.     

连续支承条件下轨道位移波的动力特性分析

建立了列车与连续支承轨道耦合振动的动力学模型,通过计算模拟了高速列车作用下所出现的轨道位移波现象。分析了轨面不平顺波长、轨道质量、刚度、阻尼等参数对轨道临界速度及位移波的影响。     

无碴道岔轨道刚度分布规律及均匀化

为了揭示道岔铺设在无碴轨道上的刚度分布规律,建立了道岔轨道刚度有限元计算模型.模型中考虑了钢轨抗弯刚度、扣件刚度、基础刚度、滑床台、护轨及间隔铁等因素的影响.以12号提速道岔为例,计算了道岔铺设在无碴轨道上的整体刚度.结果表明：轨道刚度在纵向和横向都存在严重不平顺,里轨与基本轨的整体刚度比最大约为2.418,里轨整体刚度纵向变化率最大约为242%.此外,为了消除道岔铺设在无碴轨道上的刚度不平顺,运用所建立的模型,探讨了均匀道岔轨道刚度分布的扣件刚度设置方式.     

Coupled Vibration of Long-Span Railway Curved Girder Bridges and Vehicles

The structure of a long curved girder bridge is represented with a three-dimensional curved finite element model. Each 4-axle vehicle is modeled by a dynamic system of 35 degrees of freedom. The random irregularities of the track are generated from a power spectral density function under the given track condition. The dynamic interaction between the bridge and train is realized through the contact forces between the wheels and track. Then based on these models, the coupled equations of motion are solved by applying the time-integration and iteration techniques to the coupled system. The proposed formulation and the associated computer program are then applied to a real curved girder bridge. The dynamic responses of the bridge-vehicle system and the derailments and offload factors related to the riding and running safeties of vehicles are computed. The results show that the formulation presented in this paper can well predict dynamic behaviors of both bridge and train with reasonable computation efforts.     

涵洞地段道砟垫的减振特性

为了给涵洞地段道砟垫的设计和优化提供理论依据,根据轮轨系统耦合动力学理论和有限元方法,建立了车辆-轨道-涵洞垂向耦合振动模型;采用大型通用显式动力分析程序LS-DYNA分析道砟垫对轨道和涵洞动力响应时频特性的影响,并对道砟垫的合理刚度进行了研究.结果表明:采用道砟垫不会加剧轮轨动力作用和影响行车安全,而且可显著减小涵洞的动力响应;道砟垫对钢轨振动的影响不大,对轨枕振动有一定减振作用,但对道砟振动有不利影响;道砟垫的合理面刚度为50～100 MPa/m.     

钢轨扣件失效对列车动态脱轨的影响

建立了非对称车辆/轨道耦合动力学模型,分析轨道扣件失效对车辆动态脱轨的影响,考虑离散轨枕支承对车辆/轨道耦合作用的影响,通过假设轨道系统刚度沿纵向分布发生突变来模拟扣件组失效状态,推导了考虑钢轨横向和垂向以及扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式,利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力,采用新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程,通过数值分析计算,得到轮轨横垂向力之比、轮重减载率、脱轨危险状态的持续时间和轮对踏面上轮轨接触点位置的变化。连续5个钢轨扣件不同程度失效对列车动态脱轨的影响的数值模拟结果表明,如果失效因子从0.8增大到1.0,即钢轨扣件经历从接近完全松脱到完全松脱,钢轨扣件失效对列车动态脱轨影响呈指数规律。     

沪宁城际铁路轨道高低不平顺状态分析

为分析轨道高低不平顺对沪宁城际铁路列车运行动力学性能的影响,建立了车辆轨道耦合模型,计算得到不同轨道谱激扰下的列车动力学性能指标,包括沪宁城际铁路实测轨道不平顺、秦沈有砟、无砟谱和德国高干扰、低干扰谱.经对比分析,结论如下：沪宁城际轨道谱实测不平顺激扰下,列车各项动力学性能指标均为最优值,且满足相应限值要求,反映出沪宁城际轨道良好的平顺性;其他4种轨道谱激扰下列车各项动力学性能指标也均满足相应限值要求,能够保证列车舒适度及行车安全.研究成果可为沪宁城际铁路养护维修中轨道高低不平顺管理提供参考.     

列车速度对轨道竖向动力特性的影响

本文以包括钢轨、轨枕、道床在内的轨道作为双层结构模型。分析了轨道在移动简谐荷载作用下的动力响应，并与定点荷载作用的结果作了比较，指出了二者的差异，并建议在分析高速铁路轨道动力响应时考虑到车速度的影响，以及转向架邻轮和阻尼的作用。     

结构参数变化对钢管混凝土拱桥动力特性的影响分析

以郑州黄河二桥主跨钢管混凝土拱桥为研究对象,采用ANSYS通用有限元程序,建立了该下承式钢管混凝土拱桥动力计算的整体空间有限元计算模型;探讨了17种不同工况和损伤对桥梁的动力特性的影响。计算结果表明:该钢管混凝土桥竖向刚度相对较强,面外刚度相对较弱;横撑的布置形式对桥跨结构的竖向刚度影响不大,但对桥梁结构对面外刚度影响较大;撑脚的损伤对结构的第1阶自振频率的影响比较敏感的,但对结构的竖向刚度影响不大;吊杆和桥面板的损伤对结构动力特性的影响基本没有变化。     

Ⅰ型轨道板端离缝对轨道结构及车辆动力特性的影响

为了研究高速列车荷载作用下,Ⅰ型轨道板端部与CA砂浆层间的离缝现象对钢轨、轨道板及车辆的力学性能的影响,建立了车辆-Ⅰ型板式轨道垂向耦合动力学分析模型.以轮轨力、钢轨位移及加速度、轨道板位移,拉应力及加速度、车辆加速度为评价指标,分析了不同离缝长度和高度工况下上述指标的变化规律.研究结果表明:板端离缝长度越短,轨道板越容易脱空受力;轨道板脱空受力时的离缝高度等于该离缝长度下板的竖向最大位移;离缝长度及高度的变化对轨道结构及车辆的受力状态均有影响,但离缝长度的影响更大;长度不大于0.6 m的板端离缝主要使钢轨及轨道板的变形及受力状态恶化,长度大于0.6 m的板端离缝也会使车辆的振动加速度超过容许值.