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轨道不平顺激励下车辆—轨道空间耦合系统动力学响应分析
| 论文题名： | 轨道不平顺激励下车辆—轨道空间耦合系统动力学响应分析 |
| 关键词： | 轨道不平顺;车辆-轨道空间耦合模型;轮轨接触关系;振动响应;数值积分 |
| 摘要： | 轨道不平顺是引起车辆-轨道耦合系统动力学响应的主要原因。随着我国高速、重载铁路的迅速发展，列车运行速度的大幅度提高，使得轮轨之间的相互作用大大增强，轨道不平顺对轮轨系统相互作用的影响日趋显著。研究轨道不平顺作用下车辆-轨道空间耦合系统的振动响应对于确保铁路车辆运营中的平稳性，安全性具有重要的理论和现实意义。 本文基于车辆.轨道系统耦合动力学原理，建立了车辆.轨道空间耦合动力学模型，并以轨道随机不平顺作为耦合模型的输入激励。通过求解轮轨空间动态耦合关系得到轮轨相互作用力；采用数值积分方法求解车辆-轨道空间耦合动力学方程，得到车辆-轨道空间耦合系统的动力学响应。 在确立系统研究方案的基础上，论文首先建立了车辆-轨道空间耦合动力学模型，根据达朗贝尔原理，详细地推导了车辆、钢轨以及轨下各部分参振质量的振动方程。采用逆傅里叶变换的方法对轨道不平顺功率谱进行数值仿真，得到不平顺时域样本，从而建立线路的激励模型。针对轮轨相互作用力的求解，通过建立轮轨空间动态耦合模型，计算轮轨动态接触几何关系，从而得到轮轨相对运动时的接触几何参数。代入车辆.轨道运动参数，采用Herz非线性弹性接触理论可得到轮轨法向力；利用Kalker线性蠕滑理论计算出轮轨蠕滑率及蠕滑力，然后采用Shen-Hedrick-Elkins理论对蠕滑力进行非线性修正。 对于车辆-轨道空间耦合动力学方程这一大型强非线性动力学方程的求解，采用了将Newmark隐式法与新型数值积分法结合的Newmark预测-校正积分法。利用增量方程的形式进行数值积分，从而得到车路系统的动态响应。该方法结合了隐式法和显式法的优点，能在保持计算精度的前提下加快运算速度。 本文使用MATLAB编写计算程序对耦合系统进行动力学仿真。仿真结果表明，在不同的轨道不平顺状态与车辆参数的情况下，车辆-轨道耦合系统的动力学响应存在较大的差距；随着车辆运行速度的提高，车-轨道系统大部分部件的垂向、横向振动响应均明显加强。 |
| 作者： | 黎琦琦 |
| 专业： | 检测技术与自动化装置 |
| 导师： | 史红梅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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