地铁引起环境振动的振源加速度

分析计算了列车运行引起环境振动的振源,即轨道作用于道床的振动加速度机制.建立了轮-轨-道床计算分析模型,将钢轨视为Winkler地基上无限长梁,建立并求解该梁的动力方程,得到列车移动静力产生的轨道振动加速度;根据Hertz接触理论,求得轮轨动接触力,利用Green函数模拟轨道因轨道不平顺和轮轨动接触力作用产生的变形,进而求得轨道不平顺和轮轨动接触力引起的轨道振动加速度;叠加上述两种加速度,即得列车引起环境振动的振源振动加速度;最后将理论计算结果和实测结果进行比较,吻合较好.     

轨枕空吊对钢轨焊接不平顺区轮轨接触的影响

采用显式有限元法建立考虑有砟道床非线性支撑的三维轮轨瞬态滚动接触模型,于时域内再现轨枕空吊和钢轨焊接接头不平顺共同激扰下的轮轨滚动接触行为,研究了轨枕的空吊间隙和数量对焊接不平顺区轮轨瞬态相互作用的影响.结果表明:轨枕完全空吊会进一步加剧焊接不平顺区的轮轨冲击效应,进而加大了钢轨表层材料的屈服变形,且屈服程度随空吊轨枕...     

轨道参数对无砟轨道振动特性的影响分析

依据弹性支撑块式无砟轨道的力学特征,以及地铁车辆的实际参数,建立了轮轨非线性耦合系统模型.通过对该模型的求解可以得到系统中钢轨和轨枕的竖向振动加速随时间的变化过程,结合快速傅里叶变化的方法,分析了钢轨和轨枕振动加速度在频域中的变化.引入根据人体敏感度进行修正后得到的振动能量指标,对钢轨以及轨枕的振动能量进行量化分析,评价了系统中各个参数对于系统振动特性的影响.结果显示,增加各垫层的刚度和阻尼都能直接导致系统振动能量的减少,其中增加刚度导致振动能量减少的幅度要大.     

路基不均匀沉降对有砟轨道沉降影响的模型试验

为研究路基不均匀沉降对有砟轨道沉降变形的影响,设计了1∶1有砟轨道模型试验系统.通过人为设定的空隙模拟路基不均匀沉降,采用激振器模拟列车振动荷载作用,研究了在有砟轨道变形稳定后,轨枕空吊前后路基不均匀沉降对有砟轨道沉降变形的影响.试验结果表明,余弦型路基不均匀沉降引起的轨道沉降变形曲线可用余弦型函数描述;当路基的纵向不均匀沉降槽面积较小且未引起轨枕空吊时,轨面与路基纵向不均匀沉降槽的面积比为1,并据此明确了轨枕不发生空吊情况下路基不均匀沉降与有砟轨道轨面沉降变形之间的计算关系及其主要影响因素;随着路基不均匀沉降继续增加,当轨面与路基纵向不均匀沉降槽的面积比小于1时,有砟轨道将出现轨枕空吊现象,并且面积比将随路基不均匀沉降的增加而减小.     

高速铁路桥上不同轨枕型式动力特性对比

在对国内外多种轨枕型式调研分析的基础上,结合我国高速铁路桥上有砟轨道结构特点,确定了高速铁路轨枕型式的初选方案.建立车辆-轨道-桥梁耦合系统动力分析模型,对Ⅲ型轨枕、宽轨枕、梯子式轨枕和框架式轨枕4种轨枕型式的动力性能进行了对比分析,选出了适合桥上应用的轨枕结构方案.并对选定的轨枕结构型式进行优化,提出了适合我国高速铁路的桥上有砟轨道轨枕结构的选型建议.研究结果表明:在所选轨枕型式中,宽轨枕动力性能相对较优;综合考虑养护维修对有砟轨道的要求,建议高速铁路桥上有砟轨道采用Ⅲ型轨枕加宽的方案;根据动力分析的结果,在Ⅲ型轨枕基础上加宽2～4cm即可以起到有效减小道床压应力和降低养护维修工作量等效果.研究结果可为高速铁路桥上轨枕结构的设计提供一定的参考.     

高速铁路无砟轨道区段轮轨滚动噪声特性分析

为了预测与控制高速铁路无砟轨道区段轮轨表面粗糙度激扰的轮轨滚动噪声,应用车辆-轨道耦合动力学理论和声辐射理论建立了轮轨滚动噪声预测模型,计算分析了无砟轨道结构对轮轨滚动噪声的影响,研究了高速车辆运行于无砟轨道时产生的轮轨滚动噪声的特性,研究结果表明,①在无砟轨道路基区段高速列车运行产生的轮轨滚动噪声中,钢轨辐射的主要是500~2 000Hz的中、高频噪声,车轮辐射的主要是1 600~4 000Hz的高频噪声,轨道板或道床板辐射的主要是125~500Hz频段的噪声;②随着车速增加,轮轨噪声辐射的最大声级相应增加;③轮轨路旁瞬时声压级以钢轨最大,轨道板最小,车轮处于两者之间;④在距线路中心线5~50m范围内,随着水平距离加倍,高速列车轮轨噪声辐射声级相应地衰减3~6dB.     

轨枕空吊对桥上有砟轨道结构动力响应的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,将轨枕下部的有砟轨道考虑为弹簧-阻尼系统,假设该弹簧-阻尼系统失效来模拟轨枕空吊状态,建立含轨枕空吊的有砟轨道-桥梁耦合模型.采用Newmark直接积分法求解车辆-轨道-桥梁耦合动力学方程,计算列车通过时轨枕正常状态和空吊状态下轨道结构的位移和加速度,同时对空吊轨枕出现的数量及纵向分布位置对轨道结构动力特性的影响进行分析.对轨枕无空吊状态、单根空吊状态、连续2根空吊和间隔2根轨枕空吊4种工况下轨道结构的动力响应进行分析.研究结果表明:连续2根轨枕空吊影响下轨道响应显著大于其他3种工况,间隔2根轨枕空吊的影响略大于单根轨枕空吊的影响,但差别较小;轨枕空吊对有砟轨道结构动力影响范围沿轨道纵向不超过2跨轨枕间距;随着列车运行速度的增加,轨枕空吊影响下轨道结构位移变化较小,加速度则明显加大,基本呈线性增长.     

基于ANSYS/LS-DYNA的车轮椭圆化对轮轨滚动接触的影响

运用Proe、Hypermesh建立了二维轮轨接触有限元模型,通过动力分析有限元程序AN-SYS/LS-DYNA,采用隐式显式分析方法计算了车轮椭圆化情况下的轮轨滚动接触.仿真结果分析表明:当椭圆化车轮长轴与轨道接触时,轮轨垂向接触力最小,当椭圆化车轮短轴与轨道接触时,轮轨垂向接触力最大,这样将导致车轮的椭圆化加剧,进而轮轨垂向接触力也增大,周而复始,会造成对车轮和轨道的破坏.轮轨垂向接触力随着车轮椭圆化的加剧和车速的提高而增大,且椭圆化波深比速度的影响更为显著.行驶路程相同的情况下,椭圆化车轮的车轴垂向加速度比新轮的要大,而且随着车速的提高,车轴垂向加速度也随之增大.车速300 km/h时椭圆化车轮最大允许波深为1.25 mm,350 km/h时椭圆化车轮最大允许波深为1 mm,超过上述限度时,需对轮对进行镟修.     

基于离散元-有限差分耦合的轨枕垫对有砟道床横向阻力的影响机制

轨枕垫(USP)因其良好的减震性能已广泛应用于铁路轨道结构,现有研究大多集中于USP对轨道结构刚度和振动响应的影响,但对有砟道床横向阻力影响的研究很少。为深入分析USP对道床横向阻力的影响并揭示其作用机理,建立轨枕-USP-有砟道床-路基三维系统的精细化离散元-有限差分(DEM-FDM)耦合数值模型,采用典型重载铁路有砟道床横向阻力现场实测结果对模型进行标定和验证,进而模拟分析不同工况组合下USP对轨枕不同位置处(枕底、枕侧和枕端)的横向阻力、道砟颗粒运动和粒间接触力等宏微观指标的影响机制。研究结果表明：在相同的轨枕横向位移下,相较于无USP的轨枕,带USP的轨枕其枕底道砟颗粒运动范围更大,横向阻力也更大,且横向阻力增加部分主要来源于枕底USP的不平整性;USP刚度越大,道床横向阻力也越大;采用USP可增加枕底的横向剪应力和最大法向接触力,且两者数值均随USP刚度的增大而增大。     

高架弹性支承块轨道结构落轴冲击动态响应

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,进一步建立轨道结构落轴冲击动力有限元方程.计算分析了落轴冲击对高架线路轨道结构产生的动态响应,详细比较了弹性支承块及短轨枕埋入式整体道床轨道结构的动力性能,并由现场实测进行验证.结果表明,弹性支承块轨道结构通过轨下和块下刚度的合理匹配,动力性能优于普通短轨枕结构,应用于线路减振地段较为理想;同时,利用落轴冲击有限元模型及其试验分析轨道结构动力性能,直观有效.     

轨道随机不平顺与车辆动力响应的相干分析

介绍了现场实测的轨道随机不平顺数据和根据轨道不平顺模拟的轨道不平顺随机时域函数 ,作为车辆 -轨道系统动力仿真计算的激扰输入 ,计算轮轨作用力及车辆的各种响应 .利用中国高速低干扰轨道不平顺谱、中国某干线实测轨道不平顺谱和美国六级轨道不平顺谱作为仿真计算的激扰 ,计算了各种速度下的轮轨力和车辆动力响应 ,并进行了比较 .最后通过对轨道不平顺与车辆动力响应的相干性分析 ,得出了轨道随机不平顺影响轮轨作用力和车辆运行品质的最不利波长     

大跨度连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伸缩附加力的影响因素分析

建立连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型和求解方法,分析滑动层摩擦系数、底座板伸缩刚度和扣件纵向阻力对大跨度连续梁桥上伸缩附加力的影响.结果表明:降低滑动层摩擦系数和扣件纵向阻力可以减小钢轨和底座板伸缩附加力,增加底座板伸缩刚度可以减小钢轨和桥梁墩台伸缩附加力.     

轨枕空吊动态演变规律

在车辆-轨道耦合系统动力学模型和道床沉降模型的基础上,提出了一种基于迭代计算的预测方法,对轨枕局部空吊后的动态演变过程进行了合理的预测.结果表明:当轨枕单侧轨底处出现局部空吊时,空吊区域的承载力明显降低,而与之相邻区域承受的车辆载荷增加,导致相邻区域轨枕空吊间隙发展较快,从而形成空吊区域由轨枕两端轨底处向轨枕中心扩展的动态演变过程;随着轨枕空吊区域的不断扩大,整根轨枕的承载力大幅降低,大部分列车载荷主要由相邻未出现空吊的轨枕承担,因而轨枕的空吊发展程度逐渐趋于平缓,最终大部分区域存在1.5 mm左右的空吊间隙.     

重载钢轨磨耗预测模型及接触斑网格密度研究

基于车辆-轨道耦合动力学及轮轨滚动接触分析,结合材料磨损理论建立了钢轨磨耗预测模型,编制了计算程序,可实现钢轨磨耗具体分布及发展的定量预测分析.鉴于轮轨接触斑离散化网格密度在预测模型中的显著影响作用,从接触力、磨耗分布等方面对这一因素的影响机理进行分析,探讨合理的接触斑网格密度.研究结果表明:网格密度不影响计算结果的正确性,但是稀疏的网格密度得到的蠕滑力及磨耗分布存在较多尖锐形状突变,增大密度可提高精度及磨耗分布平滑性,但会成倍增加计算代价;网格密度20×20时,钢轨磨耗速率变化由剧烈趋于稳定,继续增大密度改善效果已不明显,建议预测模型中接触斑网格密度取20×20,在确保精度的同时尽可能拥有较高计算效率.     

无砟轨道钢轨温度力的有限元分析及实验研究

为了准确掌握无砟轨道钢轨温度力变化规律并对其进行实时监测,首先建立了无砟轨道三维有限元模型,仿真分析了不同温度条件下的钢轨纵向温度力;然后利用应变法测量了无砟轨道钢轨的纵向温度力,验证仿真结果的准确性;并在此模型基础上,计算分析了20℃温度变化量条件下一跨钢轨内部应力分布情况。结果表明,不同温度条件下钢轨纵向温度力的仿真结果与实验结果吻合良好,此仿真模型能较好反映钢轨随温度变化的纵向温度力情况。仿真结果显示,轨腰纵向温度力与温度变化成线性正相关,轨底的纵向温度应力除了受到温度变化影响外,还受到扣件作用,扣件附近轨底的受力峰值高于轨头和轨腰,此处将是钢轨温度力重点监测及检查部位。     

Dynamics of high speed wheel/rail system and its modelling

With the fast increasing of train speed the interactions among the train,the track,and the power cate-nary system become very strong. Such interactions are also strongly coupled with the action of high speed airflow due to the high speed running. Hence,the existing research methods and numerical al-gorithms of railway vehicle/track systems are not fully available for characterizing the transient dy-namic and long-term behaviors of train/track at higher speed. The present paper reviews the existing studies on coupling dynamics of railway vehicle/track,and clarifies their advantages and disadvan-tages and then puts forward an innovation stratagem for high speed railway based on rolling contact of wheel/rail systems. In the innovation stratagem,a comprehensive dynamic model of wheels/rails sys-tems is developed to simultaneously consider the track system,the train,the rolling contact of wheel/rail,the catenary/pantograph system,and the high speed airflow with the train. The motion equations of the subsystems and their coupling boundaries are given and discussed. For the reliability and safety of the high speed train in service,the long-term behavior of the structures of the train and the track is considered in the comprehensive model. Moreover,a generalized failure model,consider-ing the structures and the materials and working in the comprehensive dynamic model of wheels/rails system,as well as the simulation system of structure failure of the high speed train/track is established. Consequently,the present studies on the dynamics of the coupled vehicle/track will be further and largely extended.     

轨道几何形位变形的力学预测模型

首先，确定轮载分布图、道床变形模量-荷载作用次数关系曲线和道床塑性累积变形百分率-荷载作用次数关系曲线；其次，利用有限元模型、变形模量-荷载作用次数关系曲线和塑性累积变形百分率-荷载作用次数关系曲线得出了随机荷载作用下轨道塑性累积变形随线路里程的变化图和道床塑性累积变形随荷载作用次数的变化图；最后，给出道床顶面和深度方向的垂向应力分布图和道床密实度与变形模量的关系曲线，并讨论了道床顶面应力和轨枕下垂向应力的分布及其与位移的关系，分析了道床密实度和变形模量之间的关系．结果证明，荷载大小和作用次数及其密实度是引起道床变形的重要因素．     

板式无砟轨道钢轨共振特性影响参数敏感性分析

为研究无砟轨道钢轨pinned-pinned共振影响因素,基于周期性支撑梁结构振动计算理论,建立板式无砟轨道振动实体有限元模型,采用单参数敏感性分析方法,分析了无砟轨道结构参数对钢轨pinned-pinned共振特性的影响,并计算了各参数的敏感度系数.研究结果表明:扣件间距的改变会引起钢轨pinned-pinned共振特性的明显改变,属于敏感参数.钢轨类型对钢轨pinned-pinned共振频率的敏感度系数相对较小,但仍在较敏感范围内.扣件刚度、阻尼及轨道板弹性模量对钢轨pinned-pinned共振频率几乎没有影响,属于不敏感参数.在钢轨表面附加约束阻尼结构会降低钢轨共振振幅,但几乎不改变钢轨的共振频率.受扣件间距的影响,无砟轨道钢轨pinned-pinned共振频率低于有砟轨道钢轨.