高速車(chē)輛-軌道耦合系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)分析及軌道不平順評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、軌道不平順是車(chē)輛-軌道耦合系統(tǒng)振動(dòng)的主要激擾源，對(duì)列車(chē)運(yùn)行的安全、平穩(wěn)、舒適性有著重要影響，也是限制行車(chē)速度的主要因素。隨著我國(guó)鐵路向高速化的發(fā)展，對(duì)軌道平順狀態(tài)提出了更高的要求。因此研究軌道不平順與車(chē)輛-軌道耦合系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)之間的關(guān)系以及軌道平順狀態(tài)的評(píng)價(jià)方法，具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文在結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上，對(duì)車(chē)輛-軌道耦合系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)和軌道平順狀態(tài)評(píng)價(jià)方法開(kāi)展了研究，主要內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面:
　　1.無(wú)窮周期

2、結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)分析
　　無(wú)窮周期結(jié)構(gòu)是指由相同的子結(jié)構(gòu)以周期方式連接而成的無(wú)窮長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，軌道結(jié)構(gòu)就是典型的無(wú)窮周期結(jié)構(gòu)。將波譜單元法應(yīng)用于無(wú)窮周期結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)分析中，并以軌道結(jié)構(gòu)為例建立了無(wú)窮周期結(jié)構(gòu)的波譜-辛運(yùn)動(dòng)方程。該方法是以受力子結(jié)構(gòu)為對(duì)象，采用波譜單元法建立其動(dòng)剛度矩陣，并應(yīng)用辛數(shù)學(xué)方法求解簡(jiǎn)諧波在子結(jié)構(gòu)之間的傳播。該方法既保留了辛方法自由度低的特點(diǎn)，又具有波譜單元法的高頻振動(dòng)精度高的特點(diǎn)，為分析軌道結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)提供了新的思路

3、。
　　2.車(chē)輛-軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立及求解
　　基于車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論，建立了車(chē)輛-有砟軌道和車(chē)輛-CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道耦合系統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)模型，用于分析軌道不平順與車(chē)輛-軌道耦合系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)之間的關(guān)系。車(chē)輛系統(tǒng)視為多剛體系統(tǒng)，并利用哈密爾頓原理建立其運(yùn)動(dòng)方程。有砟軌道視為三層點(diǎn)支承模型，利用辛方法和波譜-辛方法建立其運(yùn)動(dòng)方程。CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道視為三層支承結(jié)構(gòu)，其中鋼軌為離散支承，軌道板和支承層采用

4、連續(xù)支承，利用辛方法建立其運(yùn)動(dòng)方程。根據(jù)線性簡(jiǎn)化的輪軌相互作用關(guān)系組建車(chē)輛-軌道耦合系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，采用頻率分析方法計(jì)算耦合系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，并驗(yàn)證了本文模型的正確性。
　　3.車(chē)輛-軌道耦合系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)分析
　　基于車(chē)輛-軌道耦合系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)分析模型，分析了軌道高低、水平、軌向、軌距不平順對(duì)耦合系統(tǒng)振動(dòng)的影響;分析了軌道不平順與車(chē)輛-有砟軌道、車(chē)輛-CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道耦合系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)之間的幅頻特性曲線，根據(jù)這些幅頻特性

5、曲線計(jì)算了軌道不平順的敏感波長(zhǎng)，并進(jìn)一步探討了行車(chē)速度、列車(chē)類(lèi)型、軌道剛度對(duì)軌道不平順與耦合系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)之間的幅頻特性曲線及軌道不平順敏感波長(zhǎng)的影響。
　　4.基于動(dòng)力學(xué)的軌道平順狀態(tài)評(píng)價(jià)方法
　　根據(jù)軌道不平順與車(chē)輛-軌道耦合系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)之間的關(guān)系，在軌道不平順中引入波長(zhǎng)權(quán)重系數(shù)，提出了一種新的軌道平順狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo):軌道加權(quán)質(zhì)量指數(shù)(TWQI)。根據(jù)不同的波長(zhǎng)權(quán)重系數(shù)將該指標(biāo)分為軌道加權(quán)質(zhì)量指數(shù)-舒適性指數(shù)(TWQI-C)

6、和軌道加權(quán)質(zhì)量指數(shù)-安全性指數(shù)(TWQI-S)。文中以昌九城際上行動(dòng)檢車(chē)檢測(cè)數(shù)據(jù)樣本為例，驗(yàn)證了TWQI的合理性，并進(jìn)一步研究了TWQI的分布特征和發(fā)展惡化規(guī)律，為T(mén)WQI的應(yīng)用提供參考。
　　5.軌道平順狀態(tài)評(píng)估軟件的開(kāi)發(fā)
　　利用Matlab語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了軌道平順狀態(tài)評(píng)估軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)計(jì)算、軌道不平順加權(quán)、軌道不平順評(píng)價(jià)等功能。通過(guò)輸入車(chē)輛系統(tǒng)參數(shù)、軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)、輪軌接觸參數(shù)、行車(chē)速度和實(shí)測(cè)軌道不平順，利用該評(píng)估軟