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高速铁路有砟道床二维离散元数值模拟
| 论文题名： | 高速铁路有砟道床二维离散元数值模拟 |
| 关键词： | 高速铁路;有砟道床;离散单元法;累积变形;动态响应;数值模拟 |
| 摘要： | 随着我国高速铁路的快速发展，我国高铁总里程达到一万公里以上，营运高速铁路里程稳居世界第一。铁路高速化的发展，导致有砟轨道在列车循环动载荷作用下承受的振动和冲击加剧，轨道破坏速度加快，线路养护维修工作量增大。如何使高速铁路有砟轨道能够长期、安全、稳定地运营，是一个至关重要、日益突出而又亟待解决的问题。据不完全统计，有砟轨道沉降中的90％以上是由道床下沉引起的，有砟轨道80％的养护维修工作是围绕整治道床或道床病害引起的其它轨道病害问题开展的。因此，伴随着我国高速铁路的迅猛发展，对高速铁路有砟道床开展研究工作具有重要意义。 本文在简要概述国内外道砟或碎石集料研究、有砟道床试验研究以及离散单元法数值模拟的基础上，采用二维离散元软件PFC2D对高速铁路特级道砟和道床进行了数值模拟研究，主要研究工作及结论有:(1)建立了高速铁路特级道砟样本数据库，对数据库内道砟进行单轴压碎数值模拟试验，并按尺寸等级进行Weibull统计，得到不同尺寸等级道砟颗粒残存概率37％的特征强度。考虑到道砟在道床内位置和位置的随机性，本文针对某一特定道砟进行不同位置的单轴压碎数值模拟试验，就加载位置对道砟破碎强度的影响进行了分析。(2)三轴试验是研究道床特性的重要方法之一。本文在对高速铁路特级道砟进行双轴试验数值模拟，分别对双轴试验模型施加单调载荷和循环简谐载荷。分析了围压对模型强度和轴向应变的影响，结果表明，围压对模型强度和轴向应变存在一定的影响，在适当范围内提高围压有利于提高模型的强度和稳定性;分析了加载速度对模型内部颗粒的影响，分析发现，在冲击载荷作用下，模型内颗粒更容易发生破碎;分析了循环简谐载荷频率和幅值对模型轴向应变的影响，发现载荷频率和载荷对模型轴向应变均存在一定的影响。(3)为深入研究高速铁路有砟道床在载荷作用下的动态响应，建立了高速铁路有砟道床纵断面三轨枕数值模型，分别对模型施加循环简谐载荷和列车动载荷。对简谐载荷的幅值和频率对轨枕和道床的位移、速度以及加速度的影响进行了研究。分析了道床模型在列车动载荷作用下轨枕和道床的位移、速度和加速度的动态响应，就运行速度、轴重和轨道不平顺三个因素的影响进行了研究。 本论文为高速铁路有砟道床力学行为的细观-宏观综合研究提供了思路和方法，主要研究结论可供高速铁路散体道床性能预测与养护维修参考。 |
| 作者： | 张振超 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 赵春发 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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