基于离散元法的钢轨力学性能定性分析

为了更好地了解钢轨的本质特征,分析钢轨在列车荷载作用下的响应以及裂纹的萌生与变化规律,采用离散元法构建钢轨静力学分析模型并研究其静力学特性。通过抗拉强度试验仿真,验证离散元力学参数的可行性;在此基础上,对横纵断面钢轨的最不利状态进行静力加载分析,并进一步探究车轮垂向位移对钢轨裂纹演变规律的影响。研究结果表明：静力加载时,轮轨接触力主要由作用点附近的钢轨颗粒承担,距离作用点较远的钢轨内部颗粒承担的荷载较小;随车轮向下移动,初始阶段钢轨轨头出现小量倾斜,接触面增大而接触应力减小;随车轮位移增加,钢轨轨头和轨腰逐渐出现裂纹,并且裂纹不断扩展;在纵断面钢轨接头处,随车轮垂向位移增加,钢轨承担的荷载由轨头转向轨腰,轨底所承担的轮轨接触力较小;当车轮通过钢轨接头时,由于其对轨缝两侧钢轨分配的荷载不均匀,接头容易产生病害。     

高速铁路0.01～120 m波段轨道不平顺功率谱密度函数的构建

目前国内外铁路轨道不平顺功率谱密度(power spectral density, PSD)函数的表达式多种多样,但因检测仪器有效测量范围有限,其表征波段范围往往较窄,常以短波、中波或中长波等形式呈现,因此,开展更宽波段轨道不平顺功率谱密度函数的研究对铁道工程领域的科学研究和工程应用具有参考价值。本文对波磨小车与综合检测列车测得的高速铁路轨道(面)不平顺数据进行预处理,采用改进的周期图方法计算和分析其功率谱密度,总结其宽带和周期性成分特征;基于计算所获得的中位轨道不平顺功率谱密度,提出短波[0.01,1) m、中长波[1,120] m以及更宽波段0.01～120 m的轨道不平顺功率谱密度函数的拟合公式,并将本文提出的拟合谱与既有的典型谱进行比对分析。研究结果表明：高速铁路功率谱密度存在多个周期性成分,短波不平顺周期性成分主要与钢轨接头以及波磨相关,中长波不平顺周期性成分主要与无砟轨道结构和32 m简支梁桥的构造形式有关;所提出的短、中长波以及0.01～120 m波段的拟合公式能够很好地表征轨道不平顺功率谱密度的宽带波长特性,且参数少,形式简洁,适用性强。