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原文传递高速铁路无砟轨道动力特性分析的移动单元法

论文题名：	高速铁路无砟轨道动力特性分析的移动单元法
关键词：	高速铁路无砟轨道;动力特性分析;移动单元法;计算模型
摘要：	近些年来，中国铁路有限的运能与国内庞大的客货运输需求间的巨大鸿沟，使得中国铁路必须在短时间内实现跨越式发展。既有线路的六次大提速以及高速铁路和客运专线的蓬勃发展，切实有效的增大了运能和运输效率。中国铁路的快速发展带来了车速的显著提高和轨道结构形式的优化，现今无砟轨道的结构形式已经逐渐成为新的发展方向。高速铁路无砟轨道系统在带来巨大的社会经济效益的同时，也使得轨道结构动应力增加，振动噪声问题突出等一系列问题，严重时将危机运营安全。无砟轨道与传统的有砟轨道有很大不同，国内相关理论研究实验还处于起步阶段，很多方面都是暂时借用国外的理论成果，所以对高速铁路无砟轨道系统的动力特性研究已经迫在眉睫，有很强的现实意义。　　本文在大量理论分析研究的基础上，将移动单元法应用到无砟轨道系统的研究当中，并提出了与之相对应的高速列车—无砟轨道—路基耦合系统计算模型，该模型的计算中融合了有限元法与移动单元法。首先该计算模型离散为上下两个部分。上部车辆单元为一节车厢，利用有限元法和Lagrange方程即可计算出车辆单元的质量矩阵，阻尼矩阵和刚度矩阵；而下部轨道单元离散为三层梁单元，利用移动单元法即可计算出轨道单元的质量矩阵，阻尼矩阵和刚度矩阵。该模型在计算时可选取适当的下部轨道长度，并将车辆单元耦合在轨道单元中间处，可以一次集成整个模型的总质量矩阵，总阻尼矩阵和总刚度矩阵。使用移动单元法和有限元法建立的该高速列车—无砟轨道—路基耦合系统模型具有以下优点：第一，因为轮轨接触点不变，因此就消除了追踪每个单元的接触点的必要；第二，车辆永远不会到达边界，就消除了边界对计算结果的影响；第三，该方法还可以研究变速的情况。此外，该模型还可以使用不同尺寸的单元，尤其在多接触点问题的时候，可以大大提高模化效率。　　使用matlab软件将高速列车—无砟轨道—路基耦合系统计算模型程序化，通过调整程序中相关参数即可达到模拟现实情况的仿真计算。文中主要计算分析了两种不同的工况，即变化车辆速度和轨道不平顺状态下的车辆无砟轨道系统的动力响应；还计算了轨道结构各部分参数对车辆轨道系统振动特性的影响。为了得到车辆无砟轨道系统动力响应的第一手资料和更好的验证文中提出的模型和计算理论的正确性，特地选取了某高速铁路路基段进行了现场测试。测试结果与模型的仿真计算进行了对比，除去一些客观因素，取得了较好的一致性。文章总结出以下结论：（1）无砟轨道结构中的钢轨，轨道板和混凝土支撑层的位移，加速度等响应与列车运行速度密切相关，列车速度越快，动力响应值越大，响应越剧烈。（2）无砟轨道结构中的钢轨，轨道板和混凝土支撑层的位移，加速度等响应与轨道不平顺状态密切相关，轨道不平顺状态越差，动力响应值就越大，越剧烈。（3）无砟轨道结构的动应力与列车速度和轨道不平顺状态都密切相关，车速越快，轨道不平顺状态越差，轮轨接触力的值就越大。（4）车体振动加速度作为影响乘客乘坐舒适度的重要指标，列车运行速度和轨道不平顺状态对其值的影响有限，说明动车组中的一系和二系弹簧阻尼系统的减振作用明显。（5）通过变换参数的计算，得出了轨道结构部分参数的合理取值范围。　　尽管本文提出的计算模型与方法有较好的准确性和实用性，但是难免存在不足之处，文章最后在全面总结论文的基础上，提出了课题中还有价值记忆不研究的若干问题。
作者：	王健
专业：	道路与铁道工程
导师：	雷晓燕
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文