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原文传递跨座式单轨交通车辆与轨道梁的动力相互作用研究

论文题名：	跨座式单轨交通车辆与轨道梁的动力相互作用研究
关键词：	跨座式单轨交通;充气轮胎;侧偏特性;车辆荷载;风荷载;耦合振动;动力响应
摘要：	本文建立了跨座式单轨交通系统的车辆-轨道梁动力相互作用分析模型。该模型考虑了车辆与轨道梁之间的非线性轮轨接触关系，考虑了所有轮胎的侧偏特性及振动对侧偏力的影响，并考虑了轮胎可能与轨道梁分离的情况。在该模型基础上加入横风荷载，建立了车辆-轨道梁-风系统动力学分析模型。主要进行了如下几方面的研究工作: 　　(1)在详细分析橡胶充气轮胎的结构、振动特性和侧偏特性等力学特性的基础上结合跨座式单轨交通系统的特点，建立了走行轮、导向轮和稳定轮的力学模型。该模型考虑了轮胎径向振动的非线性特性;考虑了轨道梁振动因素对轮胎侧偏特性和纵向滑转的影响;考虑了轮胎脱离轨道面时对车辆-轨道梁系统动力响应的影响。　　(2)建立了15个自由度的跨座式单轨车辆的动力学模型，并应用D'Alembert原理推导了相应的振动微分方程;将轨道梁简化为欧拉梁，建立了轨道梁的振动微分方程;结合轮轨接触关系，采用模态综合法，建立了车辆-轨道梁系统的耦合运动控制方程。基于本文的分析理论，采用Visual Fortan6.5编制了车辆-轨道梁系统动力相互作用分析的大型计算程序，并给出了程序的具体流程。　　(3)以重庆市跨座式单轨交通系统牛角沱至李子坝区段的一预应力混凝土简支梁(Z206-25梁)为研究对象，模拟了跨座式单轨列车从驶入到驶出轨道梁的全过程，计算了不同车速下轨道梁和车辆的各项动力响应，并将计算结果与实测结果做了比较，以验证本文建立的分析模型及计算程序的可靠性。同时，还对施加在导向轮和稳定轮的预压力的合理取值范围进行了研究探讨。　　(4)将本文建立的车辆-轨道梁动力相互作用计算模型与已有的常用计算模型进行了比较。计算了不同车速下各模型的轨道梁和车辆的各项动力响应，并将其结果作对比，以了解各种模型的适用情况。同时，对各轮胎的侧偏特性对车辆-轨道梁系统动力响应的影响进行了研究探讨。　　(5)在车辆-轨道梁动力相互作用计算模型的基础上加入横风荷载，建立了车辆-轨道梁-风系统动力学计算模型，计算分析了车辆和轨道梁在不同风速和不同车速影响下的横向动力响应，并研究了横风荷载对车辆和轨道梁动力响应的贡献。　　研究表明:本文建立的计算模型基本能描述实际的车辆-轨道梁相互作用的关系，可以应用到类似的轨道梁的设计和计算中;风速小于15 m/s时，对导向轮和稳定轮施加10 kN的预压力可以使各轮胎始终贴靠轨道滚动;车辆和轨道梁的响应总体上随车速和风速的提高而增大，车速小于80 km/h，风速小于20 m/s时，列车能够安全、舒适地通过轨道梁;走行轮的侧偏特性对车辆和轨道梁的响应影响较导向轮和稳定轮大;研究轮胎有较大变形量的工况时，应该考虑轮胎的非线性特性。
作者：	刘羽宇
专业：	固体力学
导师：	杨翊仁;葛玉梅
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文