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原文传递扣件胶垫动态幅频变特性对高速轮轨动力响应的影响研究

论文题名：	扣件胶垫动态幅频变特性对高速轮轨动力响应的影响研究
关键词：	钢轨扣件;弹性橡胶垫板;轮轨动力响应;分数阶Zener模型;非线性摩擦力;动态幅频变特性
摘要：	钢轨扣件系统中的弹性橡胶垫板，是无砟轨道结构中具有弹性和阻尼性能的重要组成部件，其动态力学性能对车辆与轨道系统振动以及轮轨间相互作用都有重要的影响。已知表征弹性橡胶垫板动态力学性能的基本参数随温度、频率变化，且与应变幅值有关，因此，研究温度、频率、振幅对无砟轨道扣件系统中弹性垫板的动态力学性能的影响规律，进而分析其对轮轨系统随机振动响应，尤其是对高频振动的影响具有重要意义。　　本文首先以350km/h时速无砟轨道系统中使用较多的Vossloh300型扣件为测试对象，结合了非线性摩擦力模型的相关知识，设计了非线性摩擦力模型参数识别试验和定频变温试验，得到非线性摩擦力模型计算参数后，实测分析了在-60℃～20℃范围内考虑与不考虑摩擦力（幅变特性）后扣件胶垫储能刚度与损耗因子随温度的变化规律，结果表明:随温度降低，摩擦力对扣件胶垫储能刚度与损耗因子的影响均减小，但是摩擦力对损耗因子的影响要远大于对储能刚度的影响。结合温频等效原理，得到扣件胶垫储能刚度与损耗因子随频率的变化规律，结果表明:随着频率升高，摩擦力对储能刚度与损耗因子的影响减小，但摩擦力对损耗因子的影响大于对储能刚度的影响。　　对分数阶Zener模型的时域本构关系式进行变换，推导出频域内储能刚度和损耗因子的表达式，分别对考虑与不考虑摩擦力下频域内扣件胶垫储能刚度和损耗因子的变化曲线进行拟合，得到分数阶Zener模型的计算参数。　　基于轮轨动力学的理论基础，推导出非线性摩擦力模型与分数阶Zener模型应用到车辆-轨道垂向系统耦合动力学中的计算公式，分析了扣件胶垫幅频变特性对车轨垂向耦合系统时域动力响应的影响规律，结果表明:(1)扣件胶垫的动态幅频变特性对行车安全性影响很大，考虑扣件胶垫的频变特性后轮重减载率大幅增大，考虑幅变特性后可适当减小轮重减载率最大值;(2)扣件胶垫的频变特性能明显增大轮轨间相互作用，幅变特性的存在能适当减小轮轨相互作用幅度;(3)扣件胶垫的动态幅变特性和动态频变特性对行车平稳性的影响均很小，可忽略不计;(4)非线性摩擦力模型中关键参数x2减小和Ffmax增大对时域动力响应的影响一致，其效果和扣件胶垫动态幅变特性对轮轨垂向系统动力响应的影响效果类似。　　将时域动力响应的部分计算结果通过FFT变换和1/3倍频不计权处理后，分析扣件胶垫的幅频变特性对轮轨系统宽频振动的影响，结果表明:(1)忽略扣件胶垫的动态幅变特性会人为增大胶垫的频变特性，导致轮轨系统高频部分动力响应增大;(2)扣件胶垫的动态幅变特性能有效缓解由动态频变特性带来的不利影响，尤其是对高频部分的不利影响;(3)关键参数x2减小或Ffmax增大能够进一步缓解由动态频变特性带来的不利影响，其中关键参数x2的影响更明显。
作者：	刘子煊
专业：	道路与铁道工程
导师：	韦凯
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文