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原文传递城市轨道交通扣件阵列式空气阻尼网孔式弹性垫板的力学性能研究

论文题名：	城市轨道交通扣件阵列式空气阻尼网孔式弹性垫板的力学性能研究
关键词：	城市轨道交通;弹性垫板;空气阻尼;刚度;阻尼比;车辆系统动力学
摘要：	弹性垫板是轨道扣件系统的重要组成部分，为轨道系统提供必要的弹性支撑，缓冲列车通过时产生的冲击振动，具有确保列车平稳运行以及保护轨下结构的作用。因此，开展扣件用弹性垫板的研究具有重要的意义。研究表明轨道交通中出现的钢轨波磨、车轮多边形磨耗等病害与扣件系统弹性垫板密切相关。研究团队提出了基于正六边形网孔结构的系列化弹性垫板结构。本文以一种具有空气阻尼的网孔式弹性垫板为研究对象，垫板的结构单元带有主、附气室和节流孔。主要研究内容与结论如下：　　（1）以空气阻尼网孔式弹性垫板单元为研究对象，建立了考虑主气室、附气室、节流孔作用的理论模型，基于复刚度理论得到影响空气阻尼网孔式弹性垫板刚度和阻尼特性的主要结构参数为节流孔孔径和气室体积比。有限元计算表明空气阻尼网孔式弹性垫板的静/动刚度会随节流孔孔径的增大而增大，而阻尼的变化趋势与刚度相反；空气阻尼网孔式弹性垫板的静/动刚度会随气室体积比的减小而减小，而阻尼比则随之增大。气室体积比的改变对刚度和阻尼比的影响要比节流孔孔径的更加显著。　　（2）开展了与其它弹性垫板的对比研究。研究发现沟槽型弹性垫板易出现应力集中的现象，网孔式弹性垫板材料变形和应力分布均匀，有利于延长弹性垫板的使用寿命。空气阻尼网孔式弹性垫板的阻尼比远大于这两种弹性垫板；在网孔中填入高阻尼材料虽然可以进一步提高网孔式弹性垫板的阻尼比，但其阻尼比调高能力不及空气阻尼网孔式弹性垫板，且阻尼块的材料造价和加工成本较高。空气阻尼网孔式弹性垫板可通过改变节流孔孔径和气室体积比灵活调整刚度、阻尼参数。　　（3）基于车辆-轨道耦合动力学理论，研究发现：减小空气阻尼网孔式弹性垫板的节流孔孔径或气室体积比，其所对应的钢轨垂向振动加速度、轮轨垂向力和脱轨系数均会减小，而钢轨垂向位移则会增大。但气室体积比的变化对车辆-轨道系统动力学特性的影响要比节流孔孔径的更明显。通过上述几种弹性垫板的对比发现：空气阻尼网孔式弹性垫板的动力学性能更优。　　（4）在刚度统一的条件下，研究了弹性垫板阻尼性能对轨道系统动力学特性的影响。随着弹性垫板阻尼系数的增大，对应的钢轨垂向振动加速度、轮轨垂向力和脱轨系数均会减小，说明弹性垫板的阻尼越大，减振性能越好。但几种弹性垫板对应的钢轨垂向位移变化不大，说明钢轨垂向位移主要取决于弹性垫板的刚度，阻尼对其的影响不大。通过现场弹性垫板减振性能对比试验可得：提高弹性垫板的阻尼性能可以有效降低轨下结构的振动水平，有利于改善其减振性能。
作者：	白彦博
专业：	车辆工程
导师：	和振兴
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022