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原文传递高速车辆-轨道耦合系统随机振动分析及轨道不平顺评价方法研究

论文题名：	高速车辆-轨道耦合系统随机振动分析及轨道不平顺评价方法研究
关键词：	铁路轨道;车辆-轨道耦合动力学;随机振动;平顺状态;评价方法
摘要：	轨道不平顺是车辆-轨道耦合系统振动的主要激扰源，对列车运行的安全、平稳、舒适性有着重要影响，也是限制行车速度的主要因素。随着我国铁路向高速化的发展，对轨道平顺状态提出了更高的要求。因此研究轨道不平顺与车辆-轨道耦合系统随机振动之间的关系以及轨道平顺状态的评价方法，具有十分重要的理论和现实意义。本文在结合国内外现有理论的基础上，对车辆-轨道耦合系统随机振动和轨道平顺状态评价方法开展了研究，主要内容分为以下几个方面: 　　1.无穷周期结构随机振动分析　　无穷周期结构是指由相同的子结构以周期方式连接而成的无穷长结构，轨道结构就是典型的无穷周期结构。将波谱单元法应用于无穷周期结构随机振动分析中，并以轨道结构为例建立了无穷周期结构的波谱-辛运动方程。该方法是以受力子结构为对象，采用波谱单元法建立其动刚度矩阵，并应用辛数学方法求解简谐波在子结构之间的传播。该方法既保留了辛方法自由度低的特点，又具有波谱单元法的高频振动精度高的特点，为分析轨道结构随机振动提供了新的思路。　　2.车辆-轨道耦合系统动力学模型的建立及求解　　基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立了车辆-有砟轨道和车辆-CRTSⅡ型板式无砟轨道耦合系统的随机振动模型，用于分析轨道不平顺与车辆-轨道耦合系统随机振动之间的关系。车辆系统视为多刚体系统，并利用哈密尔顿原理建立其运动方程。有砟轨道视为三层点支承模型，利用辛方法和波谱-辛方法建立其运动方程。CRTSⅡ型板式无砟轨道视为三层支承结构，其中钢轨为离散支承，轨道板和支承层采用连续支承，利用辛方法建立其运动方程。根据线性简化的轮轨相互作用关系组建车辆-轨道耦合系统的运动方程，采用频率分析方法计算耦合系统的频率响应，并验证了本文模型的正确性。　　3.车辆-轨道耦合系统随机振动分析　　基于车辆-轨道耦合系统随机振动分析模型，分析了轨道高低、水平、轨向、轨距不平顺对耦合系统振动的影响;分析了轨道不平顺与车辆-有砟轨道、车辆-CRTSⅡ型板式无砟轨道耦合系统振动响应之间的幅频特性曲线，根据这些幅频特性曲线计算了轨道不平顺的敏感波长，并进一步探讨了行车速度、列车类型、轨道刚度对轨道不平顺与耦合系统振动响应之间的幅频特性曲线及轨道不平顺敏感波长的影响。　　4.基于动力学的轨道平顺状态评价方法　　根据轨道不平顺与车辆-轨道耦合系统振动响应之间的关系，在轨道不平顺中引入波长权重系数，提出了一种新的轨道平顺状态评价指标:轨道加权质量指数(TWQI)。根据不同的波长权重系数将该指标分为轨道加权质量指数-舒适性指数(TWQI-C)和轨道加权质量指数-安全性指数(TWQI-S)。文中以昌九城际上行动检车检测数据样本为例，验证了TWQI的合理性，并进一步研究了TWQI的分布特征和发展恶化规律，为TWQI的应用提供参考。　　5.轨道平顺状态评估软件的开发　　利用Matlab语言开发了轨道平顺状态评估软件，该软件可实现动力学计算、轨道不平顺加权、轨道不平顺评价等功能。通过输入车辆系统参数、轨道结构参数、轮轨接触参数、行车速度和实测轨道不平顺，利用该评估软件的动力学计算功能得到轨道不平顺波长权重系数;根据预处理后的实测轨道不平顺以及轨道不平顺波长权重系数计算得到加权轨道不平顺;再由加权轨道不平顺计算TWQI的单项指标和综合指标。
作者：	徐金辉
专业：	道路与铁道工程
导师：	王平
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文