高速铁路轮轨垂向力与轨道高低不平顺关联特性

采用ABAQUS商业软件建立三维轮轨接触有限元模型,以中国高速铁路线路和典型服役车辆参数作为模型仿真参数,分别将中国高速铁路无砟轨道高低不平顺谱和余弦型轨道高低不平顺作为模型输入,仿真分析轨道高低不平顺幅值、波长与轮轨垂向力响应之间在时频域上振幅、相位的关联特性,并拟合不同车速下附加轮轨垂向力与轨道高低不平顺特征参数之...     

不同轨道状态对轮轨附加动荷载影响

根据随机振动基本理论，建立了轮轨相互作用模型，分析列车速度提高后，轨道不平顺谱、轨道刚度等参数对轮轨附加动荷载的影响，本文主要对不同轨道状态下的轮轨附加动荷载进行了研究，研究结果认为，采用合理的轨道结构，减小轨道的不平顺，可以明显降低轮轨附加动荷载，是减少由于列车速度提高后轮轨动力作用的有效措施。     

重载铁路桥上无砟轨道扣件关键参数研究

研究目的:为研究重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统关键设计参数取值,本文基于弹性地基梁理论和车辆-轨道耦合动力学理论,建立32.5 t轴重重载货车-长枕埋入式无砟轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道静、动力学性能的影响规律,提出重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统设计参数取值。研究结论:(1)钢轨垂向位移和钢轨轨底应力随扣件系统刚度的增大而减小,车体垂向振动加速度、轮重减载率、轮轨力和桥梁垂向振动加速度随扣件系统刚度的增大而增大;(2)钢轨垂向位移、钢轨轨底应力、车体垂向振动加速度、轮重减载率和桥梁垂向振动加速度随扣件间距的增大而增大,但轮轨垂向力随之减小;(3)综合考虑轨道变形以及工程造价,建议重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统的静刚度取为40～60 k N/mm,扣件系统的动刚度取为80～100 k N/mm,扣件间距取为0.6～0.65 m;(4)本研究成果可为重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道结构设计提供参考。     

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。     

城际铁路桥上纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数研究

为研究城际铁路纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数取值,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立客车-无砟轨道-桥梁耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对桥上无砟轨道系统动力响应的影响规律,并基于层次分析法,对桥上无砟轨道系统动力特性进行综合评价。结果表明:随着扣件系统刚度增大,钢轨垂向位移减小,车体振动加速度、轮轨垂向力、轮重减载率和桥梁振动加速度均增大;随着扣件间距的增大,轮轨垂向力减小,车体振动加速度、轮重减载率、钢轨垂向位移和桥梁振动加速度均增大;综合考虑轨道变形以及工程造价,建议扣件系统刚度为50～80 kN/mm,扣件间距为0.6～0.7 m。     

减轻列车轮轨横向动力作用的技术措施

基于铁道车辆-轨道耦合动力学理论及仿真分析系统，分析了机车车辆悬挂参数、结构参数及轨道结构参数对轮轨横向相互作用的影响，在此基础上提出了降低轮轨横向动力作用的技术措施：（1）一系水平定位刚度（纵向和横向刚度）对轮轨横向动力作用影响较大，刚度值选取的基本设计原则是，在充分满足运动稳定性的前提下，尽可能降低刚度值；（2）二系水平（包括纵向和横向）刚度对轮轨横向动力作用影响不明显，设计时，应更多地考虑机车车辆的平稳性；（3）簧下质量对轮轨横向动力作用影响较大，较小簧下质量，将使轮轨横向动力作用得到显著的降低；（4）较低的扣件横向刚度、扣件垂向刚度及道床横向刚度等参数值将有利于降低轮轨横向动力作用。     

无砟轨道荷载分配特征与影响因素研究

随着车速的提高,无砟轨道结构和线下基础应力水平有所提高,无砟轨道荷载分配系数是进行轨道结构和线下基础设计的重要参数.本文以四种无砟轨道为研究对象,采用理论分析和有限元相结合的方法计算无砟轨道荷载分配系数,并分析影响因素.结果表明:轮轨力由5个扣件分担,且无砟轨道类型、线下基础类型和轮轨力大小对扣件荷载分配系数基本无影响...     

无砟轨道扣件刚度突变对高速列车动力的影响

研究目的:无砟轨道结构的弹性主要来源于扣件系统,在高速铁路无砟轨道施工或维修过程中,扣件系统可能出现安装不当或新旧轨下垫板不合理过渡的情况,从而在相邻的扣件间形成较大的刚度差或称刚度突变,静态条件下难以发现,但可能对高速行车的平稳性和安全性产生不利的影响。本文应用轮轨系统动力学理论和ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了车辆-无砟轨道-路基系统垂向耦合振动模型,根据扣件刚度实际检测的范围,考虑不同的扣件刚度突变工况,计算分析扣件刚度突变对高速车辆及轨道动力特性的影响。研究结论:经过计算分析表明:(1)当扣件刚度局部发生突变时,车体加速度最大值和最小值基本不变,即扣件刚度突变对行车平稳性的影响不大;(2)扣件刚度突变对轮重减载率即行车安全性的影响明显,尤其是列车速度超过300 km/h时,扣件刚度突变直接导致轮重减载率超标;(3)该研究成果可为高速铁路无砟轨道扣件刚度在施工或维修中加强检测、建立严格的控制标准提供理论依据。     

250km/h客运专线无砟道岔的合理轨道刚度

研究目的:我国正在进行大规模的客运专线建设,其中时速250 km的客运专线占有相当大的比重.无砟道岔作为客运专线的重大基础设备,其轨道刚度影响动车组过岔时的安全性和平稳性,需进行合理设置.根据线路运营条件,运用理论分析,开展客运专线无砟道岔轨道刚度取值研究,为确定我国250 km/h客运专线无砟道岔的合理轨道刚度提供理论指导.研究结论:从列车运行品质、道岔应力状态、振动水平、变形大小和部件刚度匹配5个方面提出岔区合理轨道刚度的评判准则,并基于车辆一道岔空间耦合动力学理论和轨道变形分析建立岔区合理轨道刚度的确定方法,对我国时速250 km客运专线无砟道岔轨道的合理刚度进行了研究,结果表明:36～44 kN/mm的扣件系统刚度,290～330 kN/mm的轨下胶垫刚度,40～50 kN/mm的板下胶垫刚度最为合理.     

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。     

时速350km客运专线无砟道岔的合理轨道刚度研究

分析高速无砟道岔轨道刚度的组成特点,从舒适性、应力、变形、振动和部件刚度匹配5个方面提出了高速道岔刚度合理取值的评判,运用车辆-道岔空间耦合动力学理论建立了高速道岔轨道合理取值的确定方法。运用该方法分析了时速350 km客运专线无砟道岔轨道刚度的合理取值,结果表明:22.5～27.5 kN/mm的扣件系统刚度,270～330 kN/mm的轨下胶垫刚度,24～30 kN/mm的板下胶垫刚度最为合理。     

双块式无砟轨道合理刚度取值研究

为确定双块式无砟轨道的合理刚度,提出将准静态与动力响应分析手段相结合,根据应力、变形及振动水平控制指标,综合比选合理范围内的多种轨道刚度方案来确定双块式无砟轨道合理刚度的方法.分别运用有限单元法和车辆-轨道耦合动力理论建立双块式无砟轨道准静态计算模型进行应力与变形分析,开展无砟轨道扣件刚度对轮轨系统动力响应的影响分析.结果表明:对于250 km/h和350 km/h客运专线双块式无砟轨道,扣件刚度宜分别在35～45 kN/mm和20～25 kN/mm范围内取值.     

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。     

弹性钢轨扣件轨道的轮轨作用力分析

采用弹性钢轨扣件是城市轨道交通轨道减振的最基本措施.为分析弹性钢轨扣件轨道的轮轨作用力,通过建立地铁车辆一弹性扣件动力分析模型,分析了扣件刚度、列车运行速度等对轮轨作用力的影响.对于弹性钢轨扣件的轨道结构,合理降低扣件刚度,可减小轮轨动力冲击和扣件支点反力,提高减振效果.通过现场测试获得弹性扣件轨道的钢轨垂直力,验证了理论分析结果.     

基于随机振动理论的我国中高速铁路有砟轨道设计轮载研究

研究我国中高速铁路设计轮重。在考虑轨道高低和水平不平顺的基础上,采用德国高速低干扰谱与人工短波样本合成得到轨道随机不平顺样本,将轨道结构的扣件刚度和道床刚度作为随机参数。将两者共同作为车辆-轨道耦合振动系统的激励,应用Monte Carlo随机有限元方法,对轮轨动作用力进行研究。给出轮轨动作用力的概率分布特性及其随行车速度的变化规律,并提出在失效概率为0.05时我国中高速铁路设计动轮载和动力系数的建议值。当车速为160、200、250、300、350 km/h时,建议的动力系数分别为2.4、2.8、3.0、3.5、3.7。     

扣件胶垫温变特性对车辆-轨道-桥梁耦合振动响应的影响研究

为研究扣件胶垫温变特性对车辆、轨道和桥梁的振动影响规律,以高速铁路WJ-7型扣件胶垫为研究对象,通过其动态力学性能试验得到不同温度下扣件的动参数,然后代入建立的车辆-轨道-桥梁耦合振动时域模型中进行分析.研究结果表明:扣件的动刚度和阻尼随温度降低而增大,低温时更为显著.从时域响应来看,当温度降低时,车体加速度和桥梁位移基本无影响,轮轨力、扣件力、轨道板加速度和桥梁加速度增大,钢轨的位移和加速度则减小.从频域响应来看,当温度降低时,轮轨力和扣件力在低频基本无变化,轮轨力主频向高频偏移且峰值增大,扣件力中高频峰值明显增大.钢轨在8～100 Hz范围内振动减弱,在125～315 Hz振动加剧,轨道板在80～400 Hz振动加剧,桥梁在80～250 Hz振动加剧.     

扣件胶垫温变特性对车辆-轨道-桥梁耦合振动响应的影响研究

为研究扣件胶垫温变特性对车辆、轨道和桥梁的振动影响规律,以高速铁路WJ-7型扣件胶垫为研究对象,通过其动态力学性能试验得到不同温度下扣件的动参数,然后代入建立的车辆-轨道-桥梁耦合振动时域模型中进行分析.研究结果表明:扣件的动刚度和阻尼随温度降低而增大,低温时更为显著.从时域响应来看,当温度降低时,车体加速度和桥梁位移基本无影响,轮轨力、扣件力、轨道板加速度和桥梁加速度增大,钢轨的位移和加速度则减小.从频域响应来看,当温度降低时,轮轨力和扣件力在低频基本无变化,轮轨力主频向高频偏移且峰值增大,扣件力中高频峰值明显增大.钢轨在8～100 Hz范围内振动减弱,在125～315 Hz振动加剧,轨道板在80～400 Hz振动加剧,桥梁在80～250 Hz振动加剧.     

轨道结构横向刚度改变对轮轨动力性能影响

根据城市轨道交通轮轨相互作用特点，以小半径曲线为研究对象，建立了冲击荷载作用下轨道结构横向振动简化模型。在一系列假定的基础上，利用MATLAB的Simulink语言编制轮轨动力作用程序，通过改变钢轨扣件横向刚度，观察其对轮轨系统横向振动特性及钢轨磨损的影响，结果表明：对曲线地段轨道结构横向刚度进行合理取值，能有效地降低轮轨相互作用以及延缓钢轨磨损。     

高速铁路车轮扁疤载荷作用下轮轨动力响应分析

本文采用多体动力学软件建立了考虑轨道及扣件系统车辆-轨道耦合模型,分析了不同扁疤模型、不同扁疤长度、不同车速下的车轨动力响应,结果表明：(1)对于二维扁疤模型,随着车速的增加,轮轨冲击速度先增大后减小,之后基本保持不变,产生最大冲击速度的临界车辆速度约为20 km/h;(2)对于二维和三维扁疤模型,随着车轮扁疤长度的增加,轮轨冲击速度、轮轨垂向力基本呈线性增大;(3)相同扁疤长度下,随着车速的增加,轮轨垂向力及扣件垂向力先增大后减小,并且在车速10～50 km/h范围内存在峰值,该峰值与扁疤二维模型仿真结果相对应,但是在速度较高情况下(150～200 km/h)还会出现一个峰值,且此峰值为轮轨垂向力及扣件垂向力最大值出现位置;(4)在扁疤长度为70 mm时的轮轨垂向力最大值及轮轨垂向力与静轮重比值均明显较大,必须以标准、规范等文件对扁疤长度进行限制。     

轨道刚度对车辆-轨道系统频率响应的影响

研究目的:目前,轨道刚度变化对车辆-轨道耦合系统频率响应的影响规律尚不明确,本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,以既有提速线路为例,从频率角度,研究轨道刚度变化对车辆-轨道耦合系统振动响应的影响。研究结论:(1)轨道刚度的变化,对车体、转向架的振动影响较小,对轮对及轨道结构的振动影响较大;轨道刚度的增大,对27 Hz以下的低频振动基本无影响,27~70 Hz之间的中低频振动略有降低,100 Hz以上的中高频振动显著增大;(2)随扣件刚度的增大,轮轨力谱以及轮对、钢轨振动加速度谱的最大值均显著增大,且振动频率有向高频发展的趋势;(3)随道床刚度的增大,频率响应谱的最大值变化相对较小,轮轨力、轮对、钢轨和轨枕的振动频率向高频移动;(4)总体上看,扣件刚度对耦合系统振动响应的影响较大,在线路维修时应及时更换恶化的扣件系统,道床刚度变化的影响相对较小,其维修周期可适当延长;(5)该研究可指导轨道结构的优化设计以及轨道的养护维修。