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原文传递有轨电车列车-嵌入式轨道动态相互作用研究

论文题名：	有轨电车列车-嵌入式轨道动态相互作用研究
关键词：	有轨电车;嵌入式轨道;动力学性能
摘要：	有轨电车经历了兴起-衰落-复兴的阶段。由于有轨电车具有广泛的适用性及建设灵活性，可以满足不同城市、不同区域、不同运量对轨道交通的不同需求，我国目前有25个省（区、市）的72座城市提出了建设现代有轨电车线路的发展规划，超过40座城市已经开展了现代有轨电车的路网规划工作，规划线路达到50条以上，规划里程高达1300多公里，总投资将超过3000亿元。但是，现代有轨电车在我国刚刚兴起，还缺乏相关的建设和运营标准及相关的理论研究成果支撑。为保证现代有轨电车在我国的健康快速发展，急需对现代有轨电车系统开展深入的理论和试验研究。因此，对有轨电车列车-嵌入式轨道耦合动力学性能研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文主要开展了以下几方面的研究工作: 　　(1)论文首先简要回顾了国内外有轨电车的发展和有轨电车系统动力学研究的历史与现状，明确了有轨电车列车-嵌入式轨道耦合动力学研究的意义和研究方向。　　(2)基于车辆-轨道耦合系统动力学理论和有限元方法，建立了比较完善的有轨电车列车-嵌入式轨道耦合系统动力学模型。模型中，列车简化为96自由度的多刚体动力系统，车间铰接机构采用动力学约束建模，车间减振器采用空间非线性阻尼单元模拟;利用Timoshenko梁模拟连续弹性支承基础上的槽型轨，采用三维实体有限元单元模拟轨道板，钢轨填充材料用三维粘弹性弹簧-阻尼单元模拟，嵌入式道床板底部的自密实混凝土支撑简化为等效的弹簧-阻尼单元，不考虑路基的影响;车辆与钢轨间通过非线性的轮轨关系耦合，采用迹线法和最小距离法确定轮轨接触几何关系;采用Hertz非线性弹性接触理论求解轮轨法向力，采用沈氏理论确定轮轨切向力。通过仿真计算结果与现场测试结果的对比分析，验证了有轨电车列车-嵌入式轨道耦合系统动力学模型的准确性与可靠性。　　(3)归纳总结了国内外适用于有轨电车列车-嵌入式轨道耦合系统动力性能评定的相关标准和指标;介绍了国内嵌入式轨道综合试验段上有轨电车与新型嵌入式轨道结构的动力学试验情况，初步分析与评估了试验车辆与轨道的动力学性能;基于有轨电车列车-嵌入式轨道耦合动力学仿真计算，对有轨电车列车-嵌入式轨道耦合振动的基本特性进行了计算分析。　　(4)应用有轨电车列车-嵌入式轨道耦合系统动力学分析模型，从轨道几何不平顺敏感波长及安全限值两方面入手对嵌入式轨道结构的不平顺控制策略进行研究，系统调查轨道几何不平顺对有轨电车动力学性能的影响规律，提出了有轨电车运行安全性和运行平稳性指标的轨道几何不平顺敏感波长分别为1～20m和1～40m，以及方向、轨距、高低、水平和扭曲5种轨道几何不平顺安全限值，为现代有轨电车线路的标准建设和养护维修提供较为系统的理论依据。　　(5)基于轨道交通的典型轮轨伤损现象，建立了车轮擦伤、钢轨焊接不平顺、钢轨波磨3种典型的轮轨伤损分析模型，系统地调查了车轮擦伤、钢轨焊接不平顺及钢轨波磨3种典型的轮轨异常磨损形式对有轨电车列车-嵌入式轨道系统耦合振动行为的影响规律，并提出这3种典型轮轨伤损的养护维修策略。　　(6)应用有轨电车列车-嵌入式轨道耦合系统动力学分析模型，系统研究了承轨槽填充材料的刚度和阻尼、轨道板几何尺寸、轨道板下支承材料的刚度和阻尼等结构参数对有轨电车列车-嵌入式轨道耦合动力学性能的影响规律，提出了基于有轨电车动力学性能和轨道减振性能的嵌入式轨道结构和性能参数的优选范围，为有轨电车的工程建设提供理论指导与参考。
作者：	邓永权
专业：	载运工具运用工程
导师：	金学松
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文