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重载铁路车-轨-桥系统垂向建模及动力性能优化
| 论文题名： | 重载铁路车-轨-桥系统垂向建模及动力性能优化 |
| 关键词： | 重载铁路;车-轨-桥系统;动力性能;建模仿真 |
| 摘要： | 重载铁路运输提速、大轴重、长编组的发展需求，对车-轨-桥系统的安全性和耐久性提出了更高的要求，建立动力学仿真模型研究车-轨-桥系统动力学响应并进行优化，可以为线路设计提供相关设计依据以满足其发展需求。 本文将车辆视为多刚体系统，推导了重载铁路有砟轨道-桥梁有限单元方程，采用赫兹非线性轮轨关系建立了重载铁路车-轨-桥系统垂向动力学模型，编制Matlab程序实现了车-轨-桥系统动力响应的迭代求解，并与实测数据进行对比验证了模型的可靠性。随后选取了车辆、轨道、桥梁参数，进行车-轨-桥系统动力学仿真分析，研究了不同轨道结构参数下系统响应峰值的变化规律。基于该变化规律，设立单目标、多目标动力响应优化工况，采用Pareto排序的遗传算法优化方法对车-轨-桥系统动力性能进行优化，得到不同工况下最优参数取值。通过研究得出以下主要结论: (1)轨道结构参数的变化对车-轨-桥系统各部件响应峰值具有不同程度的影响。当轨下垫层刚度kp和道床厚度hb发生变化时，主要影响钢轨、轨枕、道床垂向加速度、速度响应峰值，尤其是垂向加速度响应峰值，对桥梁响应峰值影响不大，且对整个系统垂向位移响应影响不大。 (2)单类动力响应峰值优化结果表明，钢轨加速度响应峰值最小时，轨下垫层刚度kp为160MN/m，道床厚度hb为0.31m;道砟块加速度响应峰值最小时，轨下垫层刚度kp为60MN/m，道床厚度hb为0.60m。不同优化结果相互比较时，轨下垫层刚度kp或道床厚度hb的最优取值存在差异，实际工程中需兼顾系统响应水平。 (3)多类动力响应峰值的优化结果表明，钢轨加速度响应与轨枕加速度响应，或钢轨加速度响应与道砟块加速度响应组合时，轨下垫层合理刚度kp为180MN/m，道床合理厚度hb为0.39m，轨枕加速度响应与道砟块加速度响应组合时，轨下垫层合理刚度kp为160MN/m，道床合理厚度hb为0.60m。本文从车-轨-桥系统动力学响应的角度出发，结合不同优化目标给出了道床厚度、轨下垫层刚度参考取值。 (4)在优化效率方面，本研究针对每个工况独立重复优化3次，3次优化结果保持一致，说明了本文所提出的遗传算法可以实现车-轨-桥系统动力性能的优化，且优化效率显著。 |
| 作者： | 毛云霄 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 王英杰 |
| 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 |
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