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原文传递高速铁路轨道不平顺功率谱及其与行车品质关系研究

论文题名：	高速铁路轨道不平顺功率谱及其与行车品质关系研究
关键词：	高速铁路;轨道不平顺;管理标准;功率谱;行车品质
摘要：	道不平顺表征了轨道结构的宏观几何状态，是轨道结构综合性能和承载能力的重要体现。我国高速铁路历经跨越式发展，已具备相当规模，但存在着运营时间短、管理经验少等不足，对高速铁路轨道不平顺的基本特征及其与高速行车品质关联关系的认识尚不深入细致，轨道不平顺管理标准也处于试用阶段，尚存在完善的空间。在此背景下，本文在总结和吸收前人研究成果基础上，针对高速铁路开展了轨道不平顺功率谱及其与行车品质关系的研究。　　首先，综合运用数据预处理方法、功率谱密度估计方法和曲线拟合方法，系统地研究了高速铁路轨道不平顺谱的构建方法，编制了用于高速铁路轨道不平顺谱分析和构建的程序TIPSDAC。在此基础上，分别以200～250km/h和250～350km/h速度等级高速铁路轨道不平顺实测数据为例，获得了典型高速铁路的轨道不平顺谱，并分析了其频率特征，进而与国内外已有高速铁路轨道谱进行了对比分析。　　然后，基于车辆-轨道耦合动力学理论，编制了用于分析高速行车动力性能的高速车辆-轨道（板式轨道和有砟轨道）耦合动力学分析程序，并运用商业软件SIMPACK和现场动力学试验数据对自编程序进行了验证，说明了仿真程序的正确性和可靠性。　　接着，基于高速车辆-板式轨道耦合动力学模型，分析了谐波型和随机型轨道不平顺（高低、轨向、水平和轨距等）对高速车辆动力学性能的影响，具体包括单个谐波和连续谐波不平顺的波长、幅值对各动力学指标的影响规律，以及随机不平顺激扰下各动力学指标在时域、频域的变化特征。以250～400km/h为分析速度域，针对单个谐波轨道不平顺，计算分析了其在1～200m波长下的幅值限值和各波长限值的动力学指标控制特性。根据上述计算结果，提取了单个谐波和连续谐波轨道不平顺中对行车品质影响较大的敏感波长成分。　　最后，在对比分析我国与国外高速铁路轨道不平顺管理标准差异的基础上，提出一种利用高速铁路轨道不平顺谱估算随机不平顺限值的方法。应用该方法，以中国高速铁路无砟轨道不平顺谱为输入激扰，估算了我国典型高速车辆以250～400km/h速度在板式无砟轨道上运行时，轨道高低、轨向、水平和轨距不平顺在四种管理等级下的幅值限值，并将所估算限值与单个谐波不平顺（10m和40m波长）限值及国内外高速铁路轨道不平顺管理标准进行了对比。此外，基于轨道随机不平顺限值的估算方法，对高速铁路轨道不平顺谱的限值问题进行了研究，提出了250～400km/h行车速度域内的高速铁路轨道不平顺谱建议限值，并说明了利用轨道谱限值评判线路平顺状态的方法。综合以上分析，对我国高速铁路轨道不平顺管理标准的进一步完善提出了建议。
作者：	田国英
专业：	载运工具运用工程
导师：	翟婉明
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文