铁路轨道不平顺模拟的一种新方法

在总结了目前应用的几种铁路轨道不平顺模拟方法的基础上，提出了一种新的模拟方法－频域法。这种方法不需要进行滤波，直接对轨道不平顺的功率谱密度函数进行采样处理，对平稳的及非平稳的轨道不平顺均可应用。数值模拟试验表明这种模拟方法简洁、实用、有效。     

频域采样三角级数法模拟轨道不平顺信号

在对传统轨道不平顺信号数值模拟方法优缺点分析的基础上,从周期函数傅里叶级数展开原理和离散信号功率谱关系式出发,推导出直接由功率谱密度函数频域采样的三角级数法模拟轨道不平顺。该方法根据列车运行速度、需要模拟的上下限频率范围及模拟时间长度直接模拟出轨道的不平顺序列。应用该方法对美国轨道线路谱进行数值模拟,通过与传统方法的对比,反映了该方法实现容易、模拟精度高且结果可用解析式表示的优点,并能够直接给出轨道线路谱密度不同频率处的幅值大小,有利于研究列车主动控制算法在对不同频率处的控制效果;该方法还可对美国轨道线路五级谱和六级谱进行数值模拟,在随机相位一致的情况下,直观地反映出不同轨道线路谱等级在时域波形上的不平顺差异水平。     

基于谱密度函数的轨道随机不平顺仿真

通过蒙特卡罗方法得出高斯随机过程的相位概率分布类型，运用傅立叶变换进行时域信号的谱密度估计。基于时域采样原理，提出谱密度函数在频域内的采样方法，并利用傅立叶逆变换由谱密度函数得出轨道随机不平顺，使其符合时域分析的需要。仿真结果显示：高斯随机过程的相位符合均匀分布；轨道随机不平顺的模拟结果与频率下限和上限有很大关系，小的频率下限模拟结果表现为宽带波形，大的频率下限模拟结果表现为窄带波形，且频率上限越大，模拟结果中叠加的高频小幅成分越多。通过选择适当的模拟参数，可以使轨道随机不平顺的时域仿真结果与实测结果和频域仿真结果较好相符。     

轨道不平顺检测评价及预测综述

按描述参数、激扰方向以及波长的不同对轨道不平顺进行分类；根据检测原理的不同及有无轮载比较不同轨道不平顺检测方法的优缺点；梳理局部不平顺评价和区段整体不平顺评价标准；分析频域评价方法的优缺点及各国应用情况；概括轨道不平顺时频域评价方法及其局限性；按预测方法的不同分析3类轨道不平顺预测方法。研究结果表明：相较于高速铁路，城轨交通动态检测缺少轨检车及综检车的应用；既有铁路轨道谱构建较为完善，但在城轨领域仍缺少成熟的轨道谱；时频分析方法能够同时在时域和频域上对轨道不平顺进行定位，适用于非平稳性信号，但其实际应用仍受较大限制；轨道不平顺预测能提高轨道维护效率，但仍存在很大局限性，无法进一步推广。     

基于乘车舒适性的高速铁路轨道高低不平顺谱限值估计方法

应用车辆-轨道耦合动力学理论和平稳随机过程理论,借助车辆-轨道垂向耦合频域分析模型,以轨道高低不平顺谱为输入激励,提出基于车辆垂向舒适性指标(车体加速度和 Sperling 指标)估计高低不平顺谱限值的方法。以我国武广客运专线及德国低干扰轨道高低不平顺谱为例,对350 km/h行车速度时的谱限值进行了估计。通过对比时域、频域模型计算结果,对所估计谱限值进行了校核,校核分析结果表明,频域模型计算结果与时域结果吻合较好,说明了所估计谱限值的合理性。分析方法及研究结果可为高速铁路轨道不平顺管理提供参考。     

铁路轨道不平顺的时-频能量联合分析方法

为满足铁路轨道不平顺实时监测、时-频特征精细化提取和线路状态评估的需要,本文基于时-频联合分析基本理论,采用时-频能量密度方法描述轨道不平顺的时-频域分布性质,推导Wigner-Ville分布能量密度与轨道不平顺功率谱密度、TQI指标的数学联系,建立融合轨道谱和TQI指标基本物理特性的铁路轨道不平顺时-频能量联合分析方法,并分别从时域、频域和时-频域等角度验证方法的合理性。结果表明:本文提出的轨道不平顺时-频联合分析方法在时域病害峰值提取、轨道状态表征、频域特征波长统计与定位等方面正确、有效。     

重载铁路轨道不平顺谱的分析和表征

轨道不平顺的数学表达对线路状态评估和轮轨动力学分析具有重要意义。计算和分析大秦和朔黄重载铁路2～70 m波长范围内的轨道不平顺谱特征，提出重载铁路轨道不平顺的数学描述，可用于轨道不平顺序列模拟和线路状态评估。数据来源为这两条铁路的高低、轨向、水平和轨距轨道不平顺实测数据。使用小波分析和Welch修正周期图法计算轨道不平顺谱，并与国内外标准轨道谱进行对比；使用多项式拟合算法拟合轨道不平顺谱包络，并使用国内外标准谱拟合公式进行拟合实验对比。最后，给出了发生在钢轨焊缝位置的周期不平顺表达式，并结合轨道拟合谱的逆傅里叶变换方法，对轨道不平顺空间序列进行数值模拟。研究表明：大秦和朔黄轨道不平顺谱的频率和幅度特征基本一致，因此可以使用统一的拟合公式进行拟合；提出的8阶多项式拟合公式能精确地拟合轨道不平顺谱的形状；随机不平顺和周期不平顺的共同表达使轨道不平顺拟合谱的形状和轨道不平顺的数值模拟更为合理和准确。     

不同列车荷载模拟方法的对比分析

文章就实践中常用的简化模拟方法和有限元模拟方法进行了研究。通过频响函数和轨道不平顺谱的引入及快速傅立叶数值算法的应用提高了简化解析方法的模拟速度,改进了列车荷载轨道不平顺法的计算模型。利用ANSYS的二次开发建立了列车—轨道系统的二维有限元动力分析模块,实现了对列车荷载的复杂工况研究。对这两类方法模拟的列车荷载样本进行了时域和频域的对比分析,并对不同方法的应用提出了一些建议。     

等弦法对轨道不平顺测量滤波特性影响的研究

文章从空域和频域两个角度讨论了等弦测量法对轨道不平顺测量结果滤波特性的影响,这种滤波特性是指轨道不平顺的长波长成分被极大地衰减,短波长成分则随波长变化起伏振荡。文章将弦测法的结果与轨道检查车的拟空间曲线输出结果进行了对比。     

遂渝线无砟轨道综合试验段轨道平顺状态研究

研究目的:研究无砟轨道不平顺的统计规律和特征,从频域、幅值域等几方面对轨道不平顺的幅值特性、波长结构以及是否包含周期性波形等做全面的分析描述.以期为客运专线铁路工程设计、施工及无砟轨道系统的养护维修提供一定的参考.研究结论:本文以遂渝线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用周期图法和AR模型法对样本做功率谱密度估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度.通过对比分析得出:遂渝线在运营10个月以后逐渐形成稳定的波长结构、2～4 m的窄带范围内存在周期性不平顺、无砟轨道试验段长波不平顺能量较低;全线整体平顺状态较好,无砟轨道试验段显著优于有砟轨道,谱密度值显现了无缝线路的谱特征等结论.