鐵路車輛—道岔—橋梁、路基耦合振動系統(tǒng)理論研究與仿真分析.pdf

1、高速鐵路中橋梁所占比例大，高架橋、長大橋多，鐵路道岔位于橋梁上的可能性就比普通鐵路大得多。當(dāng)列車通過橋梁上道岔區(qū)時(shí)，橋梁在列車動荷載作用下會出現(xiàn)較大變形和振動，影響軌道的平順性，進(jìn)而劇烈增加輪軌動力相互作用，導(dǎo)致行車安全性和平穩(wěn)性降低。本文結(jié)合車橋耦合動力學(xué)和道岔動力學(xué)的研究現(xiàn)狀，在總結(jié)吸收前人研究成果的基礎(chǔ)上，以車橋耦合振動理論和道岔動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，以道岔區(qū)輪軌接觸關(guān)系、岔橋作用關(guān)系為紐帶，建立起車輛-道岔-橋梁耦合振動分析理論，并

2、應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真方法研究了車輛、道岔、橋梁動態(tài)相互作用規(guī)律。本文的主要研究工作如下：
　　 1、建立了完整的車輛-道岔-橋梁耦合振動模型。車輛方面，針對二系懸掛四軸動車車輛建立了31自由度車輛模型；道岔方面，根據(jù)高速鐵路道岔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，應(yīng)用有限元方法建立道岔動力學(xué)模型：橋梁方面，根據(jù)Hamilton原理，應(yīng)用有限元方法以空間梁單元建立了橋梁動力學(xué)模型。
　　 2、詳細(xì)論述了道岔區(qū)輪軌接觸幾何關(guān)系計(jì)算方法，在跡線法的基礎(chǔ)

3、上推導(dǎo)了基于彈性接觸模型的輪軌多點(diǎn)接觸計(jì)算方法，該方法考慮了輪軌之間的彈性接觸變形，突破了“輪、軌均為剛性體”和“輪軌始終保持接觸”的剛性接觸假設(shè)。并且根據(jù)車輪和鋼軌的國家規(guī)范，利用多段連續(xù)曲線來描述車輪及鋼軌外形坐標(biāo)信息，對準(zhǔn)確求解輪軌接觸幾何關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。
　　 3、基于彈性力學(xué)理論，在赫茲接觸理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了輪軌非赫茲法向力的計(jì)算方法，并且通過對比表明：當(dāng)輪軌接觸點(diǎn)在相同曲率半徑處時(shí)，赫茲接觸理論和非赫茲接觸理論的計(jì)算

4、結(jié)果基本一致，而當(dāng)輪軌接觸點(diǎn)在不同曲率半徑處時(shí)，非赫茲理論的計(jì)算結(jié)果更加真實(shí)。
　　 4、論述了道岔與路基相互作用原理，將道岔區(qū)軌道與路基的相互作用離散成一系列點(diǎn)與點(diǎn)之間的相互作用，軌道與路基作用點(diǎn)之間由線性彈簧和阻尼聯(lián)結(jié)。只要確定了軌道各部件的振動位移、振動速度，就可以求出道岔與路基相互作用力。
　　 5、論述了岔橋相互作用原理，將道岔區(qū)軌道與橋梁的相互作用離散成一系列點(diǎn)與點(diǎn)之間的相互作用，軌道與橋梁作用點(diǎn)之間由線性彈

5、簧和阻尼聯(lián)結(jié)。只要確定了軌道各部件以及橋梁的振動位移、振動速度，就可以求出岔橋相互作用力。
　　 6、介紹了本文中分析車輛-道岔-橋梁耦合振動系統(tǒng)的數(shù)值積分方法Newmark-β法，并且應(yīng)用fortran編制了相應(yīng)的計(jì)算程序求解車輛-道岔-橋梁動力響應(yīng)。分別介紹了國內(nèi)外有關(guān)車輛、道岔、橋梁的動力學(xué)性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
　　 7、運(yùn)用車-岔-橋耦合動力仿真程序，通過一系列算例，對比分析了道岔鋪設(shè)于橋梁或路基、連續(xù)梁橋跨度、連續(xù)梁

6、橋跨數(shù)以及列車運(yùn)行速度對車輛、道岔、橋梁的動力響應(yīng)的影響，并總結(jié)出高速車輛、道岔、橋梁動態(tài)相互作用規(guī)律如下：
　　 (1)列車直向通過路基上道岔區(qū)時(shí)，隨著道床剛度的增加，脫軌系數(shù)、輪重減載率、最大輪軌力等指標(biāo)略有升高，列車的橫豎向加速度變化不大。側(cè)向通過時(shí)，由于速度較低，不同的道床剛度對車輛、道岔的各項(xiàng)動力響應(yīng)影響不大。
　　 (2)當(dāng)列車側(cè)向通過道岔區(qū)時(shí)，由于速度較低，車輛與橋梁間的耦合振動效果并不明顯。而當(dāng)列車直向通