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原文传递严寒地区路基冻胀下车辆-无砟轨道系统的动力学行为研究

论文题名：	严寒地区路基冻胀下车辆-无砟轨道系统的动力学行为研究
关键词：	高速铁路;路基冻胀;无砟轨道;动力学特性;刚柔耦合
摘要：	随着我国严寒地区高速铁路的不断修建发展，寒区路基冻胀对行车的影响越来越突出。路基冻胀成为了寒区高速铁路运营维护中急需解决的重大工程问题。寒区路基冻胀问题会导致无砟轨道产生结构破坏和不平顺，直接影响列车的安全平稳运行，同时也是导致严寒地区高速铁路冬季降速运营的关键影响因素。既有研究中，国内外针对路基冻胀机理和控制措施等研究较多，对路基冻胀下无砟轨道动力学行为的研究相对较少，特别是冻胀对车辆动力学的影响、冻胀下车-轨动力响应等研究相对匮乏。　　本文通过采用SIMPACK与ABAQUS联合仿真方法，建立了车辆-无砟轨道刚柔耦合动力学分析模型，分析了不同冻胀波长及幅值对车辆-轨道系统的轮轨动力响应。此外，本文基于ABAQUS子程序，建立了钢轨-轨道-路基移动荷载动力学分析模型，研究了冻胀区车辆移动荷载下基础动力学响应特性，最后研究了不同线路参数对车辆-轨道动力学特性的影响。本文的主要研究工作及成果如下: 　　(1)建立了车辆-无砟轨道空间耦合动力学分析模型。通过SIMPACK建立了精细化车辆模型，采用了较为精准的轮轨接触计算算法。通过ABAQUS建立了柔性线路模型，计算了柔性线路的模态信息及子结构缩减，通过FLEXTRACK柔性线路接口实现了车辆-无砟轨道刚柔耦合动力学模型的建立。　　(2)揭示了冻胀单波及多波对行车安全性及稳定性的影响特性。基床表层的单波及周期性冻胀多波明显影响行车的安全性及稳定性。无论是单波冻胀还是多波冻胀，随着冻胀波长的增加，轮轨垂向力、横向力、脱轨系数及轮重减载率均有变小的趋势。冻胀波长越长，对行车的影响越小。随着单波及多波冻胀幅值的增大，轮轨垂向力、横向力、脱轨系数及轮重减载率均发生明显的增大。冻胀幅值越大，行车的安全性越低。　　(3)分析了车辆移动荷载下冻胀区域的轨下基础力学特性。列车移动荷载作用下，不同的冻胀条件对应着不同的轨下动力学响应。无论是单波冻胀还是多波冻胀，钢轨、轨道板及路基的动位移、动应力和振动加速度均随着冻胀波长的增大而减小，随着冻胀幅值的增大而增大。　　(4)研究了冻胀区域内线路参数对车辆-轨道-路基结构的动力学影响特性。冻胀区域内，不同的线路参数条件也对应着不同的轮轨动力特性及轨下基础的动力响应特性。冻胀区域内的轮轨垂向力、横向力均随着行车速度的增加而增加。钢轨、轨道板以及基床表层的位移、应力及振动加速度均随着行车速度的增加而增加。随着扣件刚度的增大，轮轨垂、横向力均变大，但是脱轨系数、轮重减载率及车体的垂、横向加速度基本不变。钢轨垂向振动加速度随着线路扣件刚度的增大而增大。钢轨垂向位移以及垂向应力均随着线路扣件刚度的增大而减小。轨道板及路基的垂向振动加速度、位移及应力基本不随线路扣件刚度的变化发生变化。
作者：	郭亮武
专业：	道路与铁道工程
导师：	蔡小培
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文