气力吸取式轨道吸沙机的吸沙特性探讨

针对我国沙化地区普速铁路和高速铁路人工清扫积沙劳动量大且搬运困难的问题,研发出一种安装在轨道车上的气力吸取式轨道吸沙机,并进行最大吸沙量、沉降沙粒的最小粒径等性能参数的理论计算、参数分析和试验验证。结果表明:在现有轨道和轨道车安装空间及供电条件下,推荐轨道吸沙机的风量为0.22m~3·s~(-1),最大风压60 000Pa;吸沙管内径38mm;贮沙筒内径按照车辆限界空间限制尽量取最大值0.9m;旋风分离筒排风管直径150mm;滤网过滤网孔直径0.2mm。依据推荐设计参数和选型,气力吸取式轨道吸沙机最大吸沙量约1.76m~3·h~(-1),贮沙筒内沉降沙粒最小粒径约0.06mm,旋风分离筒分离出沙粒的最小粒径、最大粒径和分割粒径分别为0.025,0.45和0.10mm,过滤筒内过滤出的最小沙粒粒径约0.15mm。研究结果可为吸沙部件的设计和选型提供依据。     

基于轨道元的运动有限元分析

基于轨道纵向条带状分布的规则性结构,建立轨道元的运动有限元数值计算方法与轨道结构空间整体模型,分析钢轨与轨枕所采用的空间Timoshenko梁单元有限元控制方程的形成,阐述轨道元单元移动的数值计算过程和边界条件的处理方法.轨道元作为数学模型,从形式上表现为轨枕间距长度范围内的一段轨道截矩,涵盖一根轨枕及其相应钢轨、扣件、弹性垫层、道床与路基在内的动力学特性,应用列车前后适时"增加与缩减"一个(或多个)轨道元的方法,可进行无限长轨道结构的动态响应分析.理论计算与实测结果对比表明,所建基于轨道元的运动有限元模型及其程序能够反映轨道结构的振动特性及进行相应的动力性能分析.     

风沙环境下高速列车气动特性分析

基于SST k-ω湍流模型和Euler-Lagrange离散相模型，建立了风沙环境下高速列车空气动力学计算模型，研究了不同沙粒浓度、不同风速及不同车速条件下的列车空气动力学性能。计算结果表明：风沙环境下，列车头车迎风侧主要受正压力影响，背风侧主要受负压力影响，最大正压力区域由鼻尖逐渐向迎风侧偏移；由于横风的影响，随着沙粒浓度的增强，头车迎风侧沙粒质量浓度增大，背风侧沙粒质量浓度变化较小；对于固定的车速和风速，头车气动力系数随沙粒浓度的增强而增大，且与沙粒浓度近似呈线性关系；沙粒浓度固定时，头车气动力系数随风速的增大而增大，随着车速的提升，头车气动力系数反而下降；风沙环境下，头车侧力系数、头车侧滚力矩系数可近似拟合为沙粒浓度、侧偏角及合成风速的二次多项式；头车升力系数可近似拟合为沙粒浓度、侧偏角及合成风速的三次多项式。     

戈壁风沙流地区有砟道床防沙盖板防沙效果及技术方案研究

基于戈壁风沙流地区道床防沙技术需求,建立轨道-路基及其外围空气流场模型,分析有砟轨道铺设防沙盖板对风沙流运动、沉积规律的影响;设计有砟道床铺设防沙盖板道床沙粒下渗试验,开展防沙盖板防沙效果试验研究。得出以下结论:道床增设防沙盖板有助于风吹沙跃过道床;有助于提升道床表面风速而清除表面沙粒;可增加道床光滑度和硬度,进而减少沙粒运动能量损失和沙粒沉积;有砟道床设置防沙盖板试验防治沙粒下渗效果较好。     

轨道结构参数对其声辐射特性影响

建立轨道有限元-边界元振动声辐射模型。用三维实体有限元模型模拟钢轨、轨下垫层、轨枕和道床,以轮轨联合粗糙度作为激励源,并考虑接触滤波的影响。采用有限元法计算轨道结构的系统响应,以轨道结构速度响应作为输入,利用声学边界元法计算轨道结构的声辐射。分析比较本文模型和已有轨道声辐射模型的数值结果表明:在中低频区域内,二者具有较好的一致性;在高频区域,本文模型数值结果更加合理。本文讨论轨道结构参数对轨道系统声辐射影响,结果表明:不同轨道参数对轨道结构声辐射影响程度不同。通过对轨道结构系统参数优化设置,可达到减振降噪效果。     

铁路路桥过渡段合理长度研究

本文系统地研究路桥过渡段的力学特性和设计计算理论,确定了合理的路桥过渡段长度.利用离散化模型模拟轨道系统,建立了有砟轨道结构路桥过渡段的有限元计算模型,利用通用有限元程序ANSYS进行轨道结构过渡段的动力分析.分析了在动力作用下,过渡段长度对钢轨竖向位移以及由位移差引起的转角和基床表面应力的影响;研究不同轨下基础的竖向刚度差以及行车速度对轨道过渡段动力性能的影响,提出了确定过渡段长度的部分理论依据.     

铁路轨道除沙车除沙装置的离散元仿真分析与试验

为研究除沙车作业时的性能参数,以自主研发的铁路轨道除沙车为研究对象,运用EDEM进行除沙性能虚拟试验;建立了除沙车机械—沙土离散元接触模型,分析了沙粒在除沙车内集沙、排沙、抛沙的动态过程和数值规律。研究表明,仿真分析和试验结果较为吻合,额定工况最大除沙质量110 kg/s,集沙铲和抛沙扇最大工作阻力分别为6 500 N和1 650 N,最大转矩分别为1 100 N·m、200 N·m,抛沙扇转速在250 r/min时满足最近抛沙距离设计指标。研究结果对除沙车性能参数的选取和结构优化设计有重要指导意义。     

轨道结构动力分析的傅里叶变换法

将傅里叶变换法应用于轨道结构动力分析，首先对轨道结构振动方程进行傅里叶变换，求解傅里叶变换域中的振动位移，再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应。该方法适用于任何复杂的轨道结构动力学问题。文中针对轨道结构连续弹性单层梁模型和双层梁模型，用傅里叶变换法求得了单轮通过时的轨道临界速度，分析不同的轨下橡胶垫板和弹性扣件、荷载速度及激振频率对轨道结构振动的影响。研究表明，轨道结构有多个临界速度，特别需要关注的是最小的轨道临界速度，这一速度容易被中、高速列车超过，从而引起轨道结构的强烈振动。另外，用连续弹性单层梁模型得到的最小轨道临界速度与理论计算结果一致；对双层梁模型，则很难用解析的方法求得轨道临界速度。     

随机轮轨力作用下基于2.5维离散支撑模型的轨道垂向振动分析

针对轨道随机不平顺引起的钢轨高频振动响应问题,建立2.5维有限元离散支撑轨道动力学实体模型.首先结合高速车辆模型建立耦合系统垂向振动模型,进而基于虚拟激励法得到由轨道不平顺引起的动态轮轨力功率谱;然后基于2.5维离散支撑轨道数值模型,将动态轮轨力功率谱作为激励,得到轨道系统的随机振动响应.通过与格林函数结果对比,验证了...     

曲线轨道钢轨横向振动频域响应特性研究

采用离散点支承曲线Euler-Bernoulli梁模拟曲线轨道钢轨,将曲线轨道平面内振动响应力学模型映射至一个具有相同半径的虚拟的圆形环梁中,将圆形环梁视为以支点间距为周期的周期性结构,基于移动谐振荷载作用下周期性结构的频域动力响应特性,可在一个周期基本元内求解曲线轨道钢轨的横向动力响应.利用轨道结构频域动力响应的基本...     

多尺度效应作用下风沙区铁路道床动力响应分析

针对风沙区铁路道床多尺度无黏性颗粒材料分布特征,率先采用"颗粒重叠组构法"快速构建轨枕-道床离散元仿真模型,开展风沙铁路轨枕位移动测试验,分析沙粒侵入对道床动力响应的影响。研究结果表明:风沙道床轨枕位移量小,道床内部最大接触力小;随着侵沙深度的变化,荷载作用阶段道床最大接触力可减少约41.67%,卸载阶段最大接触力可增加约2.817 kN;沿着道床深度方向,道床振动加速度逐渐变小,普通无沙道床振动剧烈;随着沙粒侵入深度的增加,道床顶面应力逐渐减小,而道床底面应力逐渐增大,道床应力趋于均匀化。     

基于格林函数法的车辆—轨道垂向耦合系统随机振动分析

视钢轨为弹性欧拉梁(Euler梁),建立离散支撑弹性轨道模型,并采用格林函数法得到全频域范围内轨道上任意点处的频率响应;结合高速车辆模型,视车辆和轨道系统为线性弹簧阻尼系统,轮轨接触为线性刚性接触,采用基于虚拟激励法的轮轨接触多点激励,以真实轨道谱为输入,计算车辆—轨道垂向耦合系统的随机振动响应,并分析不同高速轨道谱和车速对车辆—轨道垂向耦合系统随机振动的影响。结果表明:采用格林函数法可快速求解无限长离散支撑弹性轨道模型的频响特性;分析振动频率在15 Hz以上的车体及构架振动时,采用离散支撑弹性轨道模型较传统的刚性轨道模型更为准确;计算车辆—轨道垂向耦合系统的振动能量时,在15~60Hz的中频区域内,采用离散支撑弹性轨道模型得到的计算结果要高于传统的刚性轨道模型,而在高频区域内则相反;车辆—轨道垂向耦合系统的随机振动响应对轨道谱类型和车速均较为敏感。     

周期性三维轨道结构弹性波耦合与转换

为了研究周期性三维轨道结构中弹性波传播规律,采用波有限元方法建立结构元胞动刚度矩阵,基于Bloch定理求解结构中弹性波波数和特征向量,得到其频散曲线,进一步结合弹性波叠加方法,计算无限长三维轨道结构响应.对比平面半轨道结构模型,三维轨道结构中频散曲线数量增加一倍,出现结构非对称波模态.此外,三维轨道结构中存在明显的弹性...     

基于块体离散元法的盾构掘进围岩与管片变形模拟研究

针对有限差分法及有限元法等连续介质数值方法无法模拟砂卵石地层的离散介质属性的问题,基于块体离散元方法,建立离散元模型,模拟盾构穿越砂卵石地层的掘进过程,研究盾构掘进过程中砂卵石地层中块体或颗粒间结构面的位移以及围岩与管片变形;将砂卵石地层等效为连续介质,建立有限差分模型模拟盾构掘进过程,并且对比离散元模型与有限差分模型计算结果之间的差异。结果表明：离散元模型中结构面正法向位移超过 0.1 mm的区域主要集中在仰拱处,结构面负法向位移超过 0.1 mm 的区域位于两侧拱腰处,结构面切向位移超过 0.4 mm的区域主要集中在仰拱处;对于围岩和管片的变形,离散元法的计算结果均大于有限差分法,因此采用离散元方法对砂卵石地层中隧道及管片的设计方案进行验证相对更加安全、合理。     

线路随机不平顺对车辆—轨道耦合系统动力响应分析

利用有限元法，建立了车辆－轨道耦合系统动力计算模型。在这个模型中，系统被分解为上部结构和下部结构两部上。上部结构为附有二系弹簧系统的整车模型，考虑车体和转向架的沉浮振动和点头振动。下部结构为轨道，钢轨被离散为双层弹性基础上有限长度的梁。对两系统分别用迭代法单独求解。轮轨间的耦合通过轮轨间的相互作用力来实现。同时，将轨道高低不平顺视为平衡各态历经随机过程。运用该模型，对不同线路等级和不同列车速度条件下车辆－轨道系统的垂南随机振动了计算，在时域和频域内对系统响应进行了分析。     

米轨钢枕轨道不同坡度的道床阻力分析

为分析不同轨道坡度对道床纵横向阻力的影响，开展米轨铁路有砟轨道钢枕平坡和250‰坡度道床纵横向阻力室内试验，并建立离散元模型，通过室内试验验证了离散元模型的正确性，进一步建立了多种坡度的米轨钢枕有砟道床离散元模型。研究结果表明：平坡与250‰坡度米轨钢枕道床纵向阻力实测均值分别为11.33,10.31 kN/枕，道床横向阻力均值分别为7.44, 7.11 kN/枕，纵向阻力衰减了9%,横向阻力衰减了4.44%;米轨钢枕的道床纵横向阻力均随坡度增大而减小，坡度在0～700‰变化时，道床纵向阻力与横向阻力之间存在线性关系，斜率约为1.7,纵向阻力变化程度大于横向阻力；道床纵横向阻力均随坡度呈余弦趋势衰减，但并非单一的按照坡度的余弦值改变，在坡度小于200‰时，道床阻力可近似按坡度余弦折算考虑，坡度大于200‰时，可根据拟合余弦公式预测道床阻力。     

基于岩石拉压宏观力学响应的平板模型微观参数匹配分析

为获取颗粒离散元模拟中精确的接触参数,基于岩石单轴压缩模拟试验和拉伸模拟试验,利用离散元"Flat-joint"接触模型,构建完整岩石的黏结颗粒模型.以校正宏观力学响应为目标,基于流程控制法和试验设计法对颗粒接触参数进行标定.通过敏感性分析得到对泊松比、弹性模量、抗拉强度和单轴压缩强度影响显著的微观参数,确定其校正顺序,证明"Flat-Joint"颗粒模型模拟完整岩石的可行性;基于Box-Behnken设计试验的最终结果,提出通用性高的微观参数算法方程;最后以4种不同硬岩为例,确定相应的平板黏结颗粒模型微观参数并进行单轴模拟试验,模拟结果和试验结果在变形性和强度特性方面都取得了很好的一致性,验证了方程的适用性.     

高速铁路无砟轨道振动分析

研究目的:通过建立考虑线路随机不平顺的轨道结构连续双层梁模型,提出分析高速铁路弹性支承块式无砟轨道结构振动的数值方法,为无砟轨道结构设计提供指导.研究结论:对轨道结构振动方程进行傅里叶变换,求解傅里叶变换域中的振动位移,再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应.线路随机不平顺是根据实测的功率谱函数在计算机上生成的.相对于其它复杂的车辆-轨道耦合动力学模型,该方法简单可行,借助于Matlab软件使得程序编制容易实现,且能反映轨道振动的基本规律和特点,尤其适合于整趟列车通过时轨道结构振动分析的情况.作为应用实例,对高速铁路弹性支承块式无砟轨道进行了振动分析,分析了线路不平顺等级、轨枕垫板和弹性扣件刚度、轨道基础刚度和列车速度对轨道振动的影响,得到了轨枕块橡胶垫板静刚度和橡胶套靴静刚度的合理设计值范围分别为60～90 MN/m和120～150 MN/m.     

HXD2型6轴电力机车动力学模型研究

针对HXD2型6轴电力机车的动力学性能,建立了较为详细的6轴机车在弹性结构轨道上运行时的空间耦合动力学模型.对于机车子模型,假设车体、转向架和轮对均为刚体,各部分通过两系悬挂连接起来,形成一个多自由度质量-弹簧-阻尼系统,每个刚体均具有5个自由度,整个机车模型共有45个自由度.对于轨道模型,左右两股钢轨均视为连续弹性离散点支承基础上的无限长Euler梁,并考虑钢轨的垂向、横向及扭转振动;轨枕视为刚性体,并考虑轨枕的垂向、横向及转动;道床离散为刚性质量块,只考虑道床垂向振动.而对于轮轨关系模型,采用了先进的空间耦合关系模型.     

高速铁路轨道振动与轨道临界速度的傅里叶变换法

将傅里叶变换法应用于轨道结构动力分析中。首先对轨道结构振动方程进行傅里叶变换,求解傅里叶变换域中的振动位移,再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应。建立轨道结构连续弹性单层梁模型和双层梁模型,用傅里叶变换法求得列车通过时高速铁路的轨道临界速度,分析轨枕垫板和弹性扣件的刚度与阻尼、轨道基础刚度及道砟和轨道基础阻尼对轨道振动的影响。研究表明:轨道基础刚度对轨道临界速度有着重要的影响,轨道临界速度随轨道基础刚度的增加而提高;轨枕垫板和扣件阻尼及道砟和轨道基础阻尼对轨道振动非常敏感,阻尼的存在能极大地减小轨道强振动的发生。