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轮轨力作用下无缝钢轨动态响应在线测量研究
| 论文题名： | 轮轨力作用下无缝钢轨动态响应在线测量研究 |
| 关键词： | 无缝钢轨;有限元方法;加速度;动态应变;轮轨力测量 |
| 摘要： | 无缝线路轨道因消除了大量的钢轨接头，具有列车行驶平稳性好，线路养护维修费用低和使用寿命长等优点，广泛地应用于高速铁路轨道结构中。有研究表明无缝线路的安全受列车的动载作用影响很大，在温度力与列车动载荷共同作用下，无缝线路可能跳过临界状态，直接从稳定状态进入不稳定状态。钢轨的动态应变和振动加速度信号包含着丰富的特征信息，实时采集并分析钢轨的动态应变和振动加速度信号，对无缝线路失稳的研究有重要的指导意义。本文通过仿真计算与理论计算和实验相结合，研究了基于无线传感网监测系统的钢轨动态应变（垂向动态应变）及振动加速度的实时在线测量。 为找到无缝钢轨动态应变传感器的合理安装位置，根据CRTSⅠ型板式无砟轨道结构，运用Abaqus有限元软件，建立了无砟轨道的三维有限元模型，分析了无缝钢轨在轮轨力、温度力、以及轮轨力和温度力共同作用下的垂向应力分布，并运用轮轨力加载试验台进行加载试验，得到的试验结果与仿真计算得到的结果吻合较好。提取上述模型中无缝钢轨的纵向应力，分析钢轨的纵向应力与轮轨力、温度力以及轮轨力和温度力共同作用时的关系，并将无缝钢轨在温度力作用下的仿真结果与理论计算结果对比，结果表明，仿真计算得到的无缝钢轨在温度力作用下的纵向应力与理论计算吻合较好。在轮轨力作用下，钢轨的Mises综合应力大约成45°分布;除轨头与车轮接触区域外，钢轨的最大垂向应力分布在钢轨跨中轨腰内侧最上方;在轨底以上部分，钢轨内侧垂向应力大于外侧;试验范围内轨腰处的垂向应力与轮轨力基本成线性关系，且纵向应力与轮轨力也基本成线性关系;在温度力作用下，扣件扣压段轨腰下侧垂向应力最大，跨中垂向应力最小;轮轨力和温度力对钢轨的垂向和纵向应力的影响是相互独立的。 振动加速度的测量，通常是将加速度计直接安装在被测体上，由于无缝线路的环境十分恶劣，常用的加速度计的安装方法很难适用于无缝钢轨的长期实时在线的振动测量，本文通过将加速度计安装在夹具上，以测量钢轨的振动加速度。通过夹具间接测量到的钢轨加速度和直接将加速度计安装在钢轨上的测量值存在差异，为找到间接测量与直接测量的加速度之间的关系，建立了夹具与钢轨之间振动模型，得出了钢轨上的加速度与通过夹具测量到的加速度之间的传递函数关系，并通过实验进行验证，结果表明，采用该专用夹具作为安装支架测量钢轨的振动加速度，在3.5kHz以内，测得的加速度信号与直接测量结果对应较好。 |
| 作者： | 焦振华 |
| 专业： | 精密仪器及机械 |
| 导师： | 戴恒震 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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