原文传递
基于移动单元法的高速铁路有砟轨道车-轨耦合动力分析
| 论文题名： | 基于移动单元法的高速铁路有砟轨道车-轨耦合动力分析 |
| 关键词： | 高速铁路;有砟轨道;车轨耦合;轨道不平顺;移动单元法 |
| 摘要： | 随着我国铁路事业的飞速发展，列车运行速度、运载重量以及铁路运输密度均不断提高。由此引发的列车与轨道之间的动力相互作用更加剧烈。特别是有砟轨道结构在行车荷载长期作用下，可能会出现轨枕失效，道砟液化、粉化、飞溅等问题，从而严重影响乘车舒适性及行车安全。鉴于此，对高速铁路有砟轨道系统动力响应的研究仍需不断深入。 目前，有限单元法仍旧是车辆-轨道振动问题常用的数值方法。但随着列车速度的不断提升，采用有限元方法不可避免会造成模型规模急剧变大的问题，计算效率大幅降低。本文基于已有移动单元法（MEM）研究成果，将MEM应用到高速铁路有砟轨道系统的动力学研究中，考虑了路基土体的剪切效应，并建立了车辆-有砟轨道-路基耦合动力学模型。主要工作内容及研究成果如下： （1）介绍了本文所采用的车辆模型以及轮轨接触模型，在已有有砟轨道模型基础上，结合双参数地基模型研究成果，提出了考虑路基土体剪切效应的车辆-有砟轨道-路基耦合动力学模型，并推导出其在固定坐标系下的动力学方程。 （2）对本文计算模型进行合理化假设，基于MEM的基本原理，推导了车辆单元和轨道单元在移动坐标系下的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵，最终建立车辆-有砟轨道-路基耦合系统动力学方程矩阵形式。 （3）编制了车辆-有砟轨道-路基耦合系统振动分析的MATLAB程序。采用移动力模型验证了MEM和程序的可靠性。结果表明：MEM计算所得结果与FEM吻合较好，且精度更高、计算速度更快。随后采用MEM计算了车辆-有砟轨道-路基耦合系统的垂向振动特性，计算结果显示，钢轨、轨枕、道砟的动力响应逐层递减，车体竖向加速度值大约在-0.04m/s2~0.04m/s2之间振荡。 （4）分析了车辆行驶速度、轨道不平顺以及轨枕空吊对车辆-有砟轨道结构动力响应的影响。主要结论有：行车速度越快，轨道不平顺幅值越大、波长越短，车辆-有砟轨道结构的动力响应越大；行车速度和轨道不平顺对行车安全性有显著影响，列车以30m/s的速度运行，即使存在严重轨道不平顺，也能平稳运行，而在90m/s的行车速度下，中等程度的轨道不平顺就能引起列车“跳轮”影响行车安全；轨枕空吊对车辆-有砟轨道结构动力响应有十分显著的影响，列车经过空吊区域时，车辆-有砟轨道结构的动力响应会发生突变，且与空吊轨枕相邻的轨道结构也会受到十分显著的影响。另外，和谐号动车组悬挂系统具有良好的减振、耗能效果，能够保证乘客的乘车舒适性，具体表现为各种工况作用下的车体竖向加速度值均远小于0.13g。 |
| 作者： | 许奔 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 雷拓 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
