详情

原文传递高速铁路有碴轨道结构动力特性分析研究

论文题名：	高速铁路有碴轨道结构动力特性分析研究
关键词：	高速铁路;有碴轨道;结构动力;轨道结构;落轴冲击;轨道不平顺;无缝线路钢轨;空间有限元分析;动态响应;动态特性;轮轨;数值计算方法;结构动态;模型;谐响应;既有线提速改造;提速线路;列车;客运专线;轨枕
摘要：	高速铁路以其迅速高效、节能环保及安全舒适等优越性，在世界各国得到迅速发展。我国铁路运输为提高竞争能力，通过新建快速客运专线、大力加强既有线技术改造，大幅度提高了列车运行速度。为确保列车高速度、高密度运行，高速铁路应具备高平顺性、高稳定性与少维修等特点，从而对轨道结构提出更高要求。研究快速及高速运行条件下轨道结构动态特性，控制轮轨相互作用，延长轨道结构维修周期已成当务之急。本文根据我国新建高速客运专线和 200km/h既有线提速改造的实际情况，以有碴轨道结构为研究对象，在轨道结构动态响应有限元建模与轨道不平顺影响动力分析、落轴冲击数值计算和不同垫层隔振性能分析、无缝线路钢轨振动特性谐响应分析以及室内实尺模型试验等方面进行轨道结构动态特性研究。基于轨道结构沿其纵向条带状分布的规则性，建立轨道元数值计算方法与轨道结构空间分析模型。轨道元相当于一段0.6m长轨枕间距的轨道截矩，包含一根轨枕及相应钢轨质量、钢轨扣件、垫层、道床及路基在内的动力学特性；应用列车前后适时“增加与缩减”一个或多个轨道元的方法，进行无限长轨道动态响应分析计算。运用车辆一轨道耦合动力学理论和轨道元数值计算方法，研究不同速度与不平顺幅值下无缝线路焊接区迎轮错牙不平顺对轮轨系统各部分动力性能影响，得到该类不平顺作用下车辆和轨道结构动态特性变化规律；针对既有线200 km/h提速线路，通过各种中长波轨道不平顺作用下车辆动力响应对比分析，为提速线路制定轨道养护维修和不平顺管理标准提供依据。无缝线路钢轨作为轨道结构重要部件，其频域和时域分析较为复杂。根据能量法和Timoshenko梁理论，运用振型叠加法建立轴向载荷作用下无缝线路钢轨谐响应有限元模型，研究不同温度力作用下及不同轨道结构参数影响下钢轨振动特性，掌握其发展规律和变化特点，完善轨道结构空间有限元分析。确定落轴冲击问题的轮轨接触条件，根据接触一冲击响应的虚位移原理，将轮轨接触边界条件用罚函数法释放，采用点面接触单元导出轮轨接触有限元控制方程，建立轨道结构落轴冲击动力有限元方程，计算高速铁路有碴轨道结构落轴冲击动态响应，分析了采用轨下、枕下胶垫及道碴垫等不同隔振条件下轨道结构动力性能变化，建议多层隔振系统应具体设计与合理配置，才能改善高速线路综合受力环境，缓和轮轨间剧烈的动力作用。运用轨道激振器与落轴冲击等实验手段，结合室内实尺轨道模型，形成包括改变轨枕类型、枕间距、扣件类型、轨下与枕下胶垫、道碴垫及道碴密实度等测试工况，进行轨道结构动力特性分析。通过变换激振器激振频率与落轴高度模拟不同列车速度，测试不同工况下轮轨作用力、钢轨与轨枕位移及加速度、轨座反力等动态响应，进行测试信号功率谱和振动传递函数分析，以评价轨道结构动力特性。部分试验结果验证了理论计算。关键词：高速铁路，有碴轨道，动态特性，有限元，轨道不平顺，落轴冲击，无缝线路，振动，谐响应，实尺模型，试验验证
作者：	朱剑月
专业：	道路与铁道工程
导师：	练松良
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输工程学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文