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铁路车桥耦合轮轨接触理论及动力仿真
| 论文题名： | 铁路车桥耦合轮轨接触理论及动力仿真 |
| 关键词： | 铁路桥;耦合振动;轮轨接触理论;动力学仿真;有限元 |
| 摘要： | 随着现代列车速度的不断提高，桥梁结构在铁路线路中的大量使用，高速铁路车桥耦合振动问题的研究就变得越来越重要。为了能够有效地对线路中既有桥梁的运行状态进行评估，也为了能够对新建桥梁进行全面合理的优化设计，有必要对列车过桥的车桥耦合振动问题进行分析。计算机仿真是一种比较有效和经济的方法。而在这过程中，弄清楚轮轨之间的偶合关系是能否得到正确轮轨力，从而得到正确有效的数值解的必要条件。 本文运用车辆、桥梁耦合大系统的思想，建立了车桥耦合振动模型。并且根据该模型的特点，重点研究了轮轨接触几何关系，轮轨之间垂向、横向相互作用力。给出了垂向Hertz非线性弹性接触力和横向Kalker蠕滑理论的推导过程。针对激励源，本文也给出了模拟轨道不平顺的方法和程序流程图，并且根据PSD图，模拟了轨道的随机不平顺。对于桥梁模型，本文根据动力有限元的方法，详细推导了单元力学特性矩阵，并且在这基础上，建立了桥梁分析模型。 本文的主要内容如下： 1、建立了比较完整的机车车辆动力分析模型，以二系悬挂客车为主要分析对象，将车体、转向架、轮对简化为刚体，建立了由31个自由度组成的空间振动分析模型。即车体和转向架分别考虑横移、沉浮、侧滚、点头、摇头五个自由度；轮对考虑横移、沉浮、侧滚、点头四个自由度；由Hamilton原理，得到了动力有限元方法，推导了12个自由度的空间梁单元力学特性矩阵，并利用该单元建立了桥梁动力分析模型。 2、详细给出了轮轨接触几何关系，给出了轮轨接触几何关系中涉及到的各个接触参数、接触状态；给出了求解轮轨接触点的几种处理方法，即针对特殊轮轨型面的解析法，针对任意形状的空间搜索迭代逼近法和迹线搜索法，本文在具体实施过程中，对迭代方法进行了改进，对判据条件进行了改进，使其更加符合实际条件。最后给出在特定条件下，轮轨几何接触参数间的关系图。 3、基于弹性力学、接触力学理论，本文给出了轮轨垂向接触力的推导，得到了轮轨垂向力公式、轮轨接触椭圆斑的长短轴计算公式。根据Kalker线性蠕滑假设，给出了蠕滑力的公式推导。 4、根据轮轨接触的协调条件，建立了由车辆子系统和桥梁子系统组成的大系统模型，并由数值积分方法求解车桥耦合大系统，得到了车辆和桥梁的动力响应结果：针对轨道不平顺，详细的介绍了轨道不平顺的分类，轨道不平顺产生的原因，国内外常见的功率谱图，并且详细给出了周期图法，自编程序，给出了美国轨道谱的模拟结果：在求解过程中，给出了几种常见的逐步积分数值方法，编制了相关的程序，作为求解车桥耦合系统的求解器。 |
| 作者： | 王雨权 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 李林安 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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