检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：凌亮西南交通大学

学位级别：博士

经过近10年的快速发展,我国已建成世界上规模最大的高速铁路网,因此确保高速列车在长期服役过程中的安全平稳运行将是我国高速铁路运营中所面临的重大挑战。高速列车的安全平稳运行取决于列车-轨道耦合系统的动态特性和运行状态下的行为... 详细信息

经过近10年的快速发展,我国已建成世界上规模最大的高速铁路网,因此确保高速列车在长期服役过程中的安全平稳运行将是我国高速铁路运营中所面临的重大挑战。高速列车的安全平稳运行取决于列车-轨道耦合系统的动态特性和运行状态下的行为,因而广泛而深入地开展高速列车-轨道大系统耦合动力学研究,是我国高速铁路技术得以持续发展并保持世界领先地位的基本前提条件。高速列车-轨道耦合动力学研究是一个十分复杂的课题,其理论建模和数值仿真的研究涉及车辆工程、力学、数学等众多学科,当前的列车-轨道耦合动力学理论还不能很好地模拟和解释我国高速列车运营中出现的诸多动力学现象及其机理,如高速列车系统柔性振动引发的车体异常抖动、车轮高阶多边形磨耗、转向架悬挂部件的疲劳破坏等。因此,复杂运行状态下高速列车-轨道刚柔耦合动力学研究是我国铁路领域急需开展的基础研究课题。本文针对高速列车-轨道三维刚柔耦合动力学建模及我国高速列车运营中出现的典型动力学问题,开展了以下几方面的研究工作：(1)对列车-轨道刚柔耦合动力学的研究历史和现状进行了详细论述,明确了高速列车-轨道三维刚柔耦合动力学研究的意义,探讨了目前高速列车-轨道刚柔耦合动力学研究存在的问题及今后可能的发展方向。(2)建立了较为完整的高速列车-轨道三维刚柔耦合动力学理论分析模型,并开发了相应的数值仿真程序。整个理论分析模型由列车系统动力学模型、轨道系统动力学模型、轮轨空间动态接触模型、列车/轨道耦合界面激励模型四个子模型组成。该模型能够模拟匀速及变速状态下高速列车与轨道的刚柔耦合振动行为,突破了传统列车-轨道耦合动力学模型不能模拟列车变速状态下系统动力性能的局限性,拓展了现有列车-轨道耦合动力学的频率分析范围。(3)建立了基于多刚体理论的高速列车纵／横／垂三维耦合动力学模型和分析频率较宽的高速列车刚柔耦合动力学模型。多刚体模型中,每节车辆简化为42自由度的质量-弹簧-阻尼系统；刚柔耦合动力学模型中,每节车辆的车体及转向架构架采用柔性体建模,借助于有限元模态分析技术和模态叠加法对车体和构架的柔性振动响应进行求解,实现了1000 Hz以内构架柔性振动及50 Hz以内车体柔性振动行为的模拟；列车模型考虑了车辆一二系悬挂部件和车间连接部件的时频非线性特性。(4)建立了较完善的高速有砟及无砟板式轨道动力学时域分析模型。模型中有砟轨道为钢轨-轨枕-道床三层结构,而板式轨道则为钢轨-轨道板两层结构。针对不同的动力学研究需求,建立了两种钢轨动力学模型：基于Timoshenko梁的离散支承连续梁模型及基于空间梁单元的有限元模型,两种钢轨模型的振动响应求解均采用模态叠加法；轨枕模型考虑其垂向弯曲振动、纵向和横向平动及摇头运动,垂向弯曲变形采用两端自由的Euler梁模拟；轨道板采用三维实体有限元建模,采用有限元模态分析技术和模态叠加方法求解轨道板的振动响应；有砟轨道中的碎石道床离散为集中质量块,只考虑其垂向振动,道床块之间由剪切弹簧-阻尼单元相连。扣件系统及轨道板间的连接采用线性的弹簧-阻尼单元模拟,有砟轨道道床及轨道板下支撑结构均简化为均匀一致分布的粘柔性单元,忽略桥梁及路基振动的影响。(5)改进了高速轮轨三维滚动接触计算模型。轮轨空间接触几何关系采用迹线法和最小距离法求解,轮轨法向力采用非线性Hertz接触理论进行计算,轮轨蠕滑力的求解则基于沈氏理论,其中轮轨蠕滑率的计算考虑了车轮向前滚动和钢轨纵向、横向、垂向及扭转运动的影响。(6)提出了移动钢轨模态模型和轨道长度自适应模型两种新型的列车／轨道界面耦合计算模型。移动钢轨模态模型中,钢轨采用Timoshenko梁模拟,钢轨的模态分析在其几何坐标系中进行,而钢轨动态响应的求解则基于全局惯性坐标系,轨下支撑结构的计算长度根据移动列车坐标系在全局坐标系中的位置而自动调整；轨道长度自适应模型中,钢轨采用有限元方法建模；轨道结构各部件的计算长度相互协调并根据移动列车坐标系在全局坐标系中的位置而自动调整。基于建立的高速列车-轨道三维刚柔耦合动力学模型,主要开展了以下三方面研究工作：①系统研究了变速状态下高速列车的动态响应特征；再现了低黏着情况下车轮牵引打滑和制动抱死条件下列车的纵向动力学行为；分析了牵引制动载荷对高速列车运行稳定性、安全性及平稳性的影响规律；初步调查了变速移动列车作用下轨道结构的动态响应特征。②深入调查了车体柔性振动对高速列车运行平稳性、乘坐舒适性及运行安全性的影响规律,并开展了基于乘坐舒适性的轨道不平顺敏感波长研究；详细分析了构架柔性振动对其振动响应及高速列车运行安全性及平稳性的影响规律,并初步探讨了高速列车车轮高阶多边形磨耗与构架柔性振动的相关性。③详细分析了轨道模型中钢轨及轨下支承部件建模方法对高速列车-轨道刚柔耦合振动性能的影响规律；比较了有砟轨道与无砟板式轨道振动性能的差

关键词：高速列车有砟轨道无砟板式轨道动力学建模列车-轨道耦合动力学牵引制动刚柔耦合动力学轨道建模方法运行安全性乘坐舒适度车轮多边形磨耗枕跨冲击轨道不平顺

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地铁诱发近轨建筑楼板差异振动

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噪声与振动控制 2025年第1期45卷 228-235页

作者：陈兆玮唐靖彭淞曾得峰重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 中铁二院重庆勘探设计研究院有限责任公司重庆400023

为研究地铁对近轨建筑物楼板整体及局部振动的影响,依托成都某工程,研究地铁诱发的建筑物楼板振动特性和传播规律。首先,基于列车-轨道耦合动力学理论和有限元技术,引入黏弹性人工边界,建立列车-轨道-隧道-土体-建筑物耦合动力学模型;其... 详细信息

为研究地铁对近轨建筑物楼板整体及局部振动的影响,依托成都某工程,研究地铁诱发的建筑物楼板振动特性和传播规律。首先,基于列车-轨道耦合动力学理论和有限元技术,引入黏弹性人工边界,建立列车-轨道-隧道-土体-建筑物耦合动力学模型;其次,实测地铁诱发的土体振动并对数值模型进行验证;然后,研究楼板振动的衰减特性及不同位置楼板的振动差异;最后,研究楼板厚度、建筑总高度对楼板振动的影响。研究表明:楼板振动主频为40Hz;第一层楼板的振动最大;承重柱附近的楼板振动大于楼板中心处的振动;近轨侧楼板振动大于远轨侧;沿楼层高度方向,楼板Z振级先减再增;随着楼板厚度增加,楼板Z振级减小,每增加2 cm的厚度,振动最大可减小2~3 dB;当总楼层数减小时,每减少4层,楼板振动增加1~3 dB。研究思路可为地铁环境振动测试和分析提供参考。

关键词：环境振动地铁振动列车-轨道耦合动力学低频振动振动测试传播规律

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基于多车精细建模的曲线地段重载列车-轨道系统动力性能研究

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振动与冲击 2014年第22期33卷 1-6,12页

作者：高亮王璞蔡小培叶军北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

建立考虑多车效应的重载列车-轨道系统精细化动力分析模型，对车辆、钩缓装置中各种细部构件及部件间接触摩擦等作用机制进行精细模拟，基于Hertz理论及FASTSIM算法进行轮轨接触计算。利用自主研发设备通过现场参数试验进行轨道建模。... 详细信息

建立考虑多车效应的重载列车-轨道系统精细化动力分析模型，对车辆、钩缓装置中各种细部构件及部件间接触摩擦等作用机制进行精细模拟，基于Hertz理论及FASTSIM算法进行轮轨接触计算。利用自主研发设备通过现场参数试验进行轨道建模。深入研究重载铁路曲线地段列车-轨道系统动力性能及曲线参数影响规律。结果表明，缓和曲线地段轮轨相互作用规律复杂，列车不同位置车轮受力呈现迥异变化趋势及幅度，前后缓和曲线轮轨相互作用亦完全不同，主要由超高顺坡及车辆构造所致；缓和曲线长度过短可导致超高顺坡过大不利列车运行，缓和曲线长度对动力性能影响曲线往往存在拐点，建议以拐点值限定最小缓和曲线长度；增长缓和曲线可有效减弱轮轨相互作用，并主要通过减缓列车首车及导向轮对磨耗降低整体磨耗；随缓和曲线长度不断增加，对动力性能改善效果越不明显。我国重载铁路小半径曲线超高设置通常偏大，建议适当降低超高值、设置10％～20％欠超高，利于改善轮轨受力、减缓磨耗。增大曲线半径利于减弱轮轨相互作用及磨耗，但半径越大改善作用越小。

关键词：重载铁路曲线列车-轨道耦合动力学多车效应

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客货混行条件下神朔重载铁路小半径曲线超高调整方案研究

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振动与冲击 2016年第18期35卷 222-228页

作者：高亮王璞蔡小培肖宏北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

针对神朔重载铁路曲线超高设置普遍偏高的情况,以病害发展最为严重的最小400 m半径曲线为例对客货混行条件下合理超高取值进行了研究。首先,分别建立了考虑多车效应的重载货车/客运列车-轨道系统精细化动力分析模型,对车辆系统、钩缓装... 详细信息

针对神朔重载铁路曲线超高设置普遍偏高的情况,以病害发展最为严重的最小400 m半径曲线为例对客货混行条件下合理超高取值进行了研究。首先,分别建立了考虑多车效应的重载货车/客运列车-轨道系统精细化动力分析模型,对车辆系统、钩缓装置中细部构件及部件间接触摩擦等作用机制进行了精细模拟,基于Hertz理论及FASTSIM算法进行轮轨接触计算,利用自主研发设备通过现场参数试验进行轨道建模;基于所建模型对既有超高条件下货车、客车通过曲线时动力特性以及超高逐渐降低后的影响规律进行了系统分析,基于理论仿真分析结果结合规范要求并充分考虑实际运营条件,提出将曲线超高下调10 mm;为了对超高调整方案进行检验,在神朔铁路现场选取曲线试验段对超高进行调整,并分别在超高调整前后开展了轨道结构动力学试验;试验结果对比表明,试验段超高调整后在一定程度上缓解了货物列车过曲线时过超高的行车状态,内外轨受力变形更为均衡,整体轮轨作用力和动位移水平明显降低,可有效减缓轨道伤损病害的发生发展。研究可有效解决神朔铁路曲线内轨病害严重的问题,也可为重载铁路客货混运条件下曲线超高的合理设计提供新思路。

关键词：重载铁路客货混行曲线超高列车-轨道耦合动力学现场动力学试验

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