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有砟道床力学模型及地震作用下车辆安全特性研究
| 论文题名： | 有砟道床力学模型及地震作用下车辆安全特性研究 |
| 关键词： | 有砟道床;离散元;多体动力学;地震作用;力学特性 |
| 摘要： | 有砟轨道是轨道结构的主要形式之一，是列车运行的基础，其力学特性与列车平稳安全的运行息息相关。本文针对现有研究的不足，聚焦有砟道床散粒体特性，以有砟道床和车辆耦合系统为研究对象，借助离散单元法、多柔性体动力学分析等研究方法，建立了球形颗粒有砟道床模型，并验证了该模型在有砟道床力学特性模拟上的可行性，之后建立车辆与有砟道床耦合仿真模型，探究了不同轴重的车辆在有砟轨道上运行时有砟道床系统的动力响应情况，并探究了不同地震烈度作用下车辆在有砟道床上运行的安全特性，具体研究内容如下： （1）以一定级配的球形颗粒模型代替传统的精细化道砟建模方式，通过与真实道砟颗粒堆积角的比对，标定了球形道砟颗粒之间的接触参数，建立了轨枕与道床相互作用的三维实体模型，并用参数标定后的球形道砟颗粒填充道床模型，建立了有砟道床的散粒体特性模型。 （2）通过仿真计算获得了轨枕横向、纵向位移与相应方向上的道床阻力之间的变化关系曲线，将该曲线与实测数据进行比对，二者具有良好的拟合效果，且计算结果符合规定要求，初步验证了球形颗粒有砟道床模型的可行性。 （3）在散粒体道床模型的基础上，增添柔性化轮轨模型，通过仿真分析，获取了20mm落轴冲击下的钢轨垂向位移、钢轨垂向加速度以及轮轨接触力的时程变化曲线，并与相应实测数据进行比对，再次验证了球形颗粒有砟道床模型在有砟道床力学特性模拟上的可行性。 （4）建立车辆的动力学分析模型，借助于离散元与多柔性体动力分析法等相关技术，建立了车辆与有砟道床的耦合动力学分析模型，在160km/h的车辆运行条件下，通过耦合模型的仿真分析，探究了不同轴重的车辆在有砟道床上运行时，道床系统关键部件的动力响应情况，并以16t轴重的车辆为例，探究了行车条件下道砟颗粒在不同深度下的动态响应情况。 （5）在车辆-有砟道床耦合模型的基础上，研究了不同地震烈度对有砟轨道上运行车辆安全性的影响。结果表明：当地震波加速度峰值由0.05g增加到0.2g时，轮重减载率亦随地震波加速度峰值的增大而增大，当地震波加速度峰值由0.25g增加到0.3g时，轮重减载率为1，车辆可能发生脱轨现象，且随着地震波加速度峰值的增大，轮轨横向力相较于轮轨垂向力变化更为突出且更易于超过限定值。 |
| 作者： | 程昌文 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 和振兴;苗兴旺 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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