赵坪锐[1]2003年在《板式无碴轨道动力学性能分析与参数研究》文中认为随着现代高速铁路和城市轨道交通的快速发展，以少维修或不维修为特点的板式轨道得到了较快发展。本文以秦沈客运专线板式轨道为研究对象，建立了板式轨道—高速列车耦合动力学模型。模型中，针对轨道板的几何特性和受力特点，采用了弹性薄板单元而不采用简化的梁单元。 针对板式轨道可能出现的短波不平顺形式，如焊接接头不平顺、竖错不平顺进行了系统分析，通过对车辆系统及轨道部件动力响应的分析比较，指出了常见短波不平顺的合理限值，即在中高速线路上，焊接凹接头不平顺的幅值δ_1+δ_2≤0.3mm，特别是短波长(λ≤0.1m)不平顺δ_2≤0.1mm，焊接凸起不平顺幅值δ≤0.5mm，竖错不平顺幅值h≤2mm。 应用模型进行了板式轨道的参数研究，主要是针对板式轨道的扣件刚度和CA砂浆厚度来进行；系统动力学的分析结果显示，降低板式轨道的扣件刚度，可以明显改善板式轨道和车辆部件的动力学性能，但由于扣件刚度过小又会增大列车前进的阻力，综合考虑轨道板及CA砂浆的受力情况，建议板式轨道的扣件刚度取30～60kN／mm；而改变CA砂浆厚度对于改善轨道及车辆的动力性能影响不大，建议对于CA砂浆厚度的选择按照施工方便及经济性要求确定。
万家[2]2005年在《高速列车—无碴轨道—桥梁耦合系统动力学性能仿真研究》文中研究表明本文基于无碴轨道结构在我国铁路桥梁上的推广和应用现状，针对板式无碴轨道和轨枕埋入式无碴轨道结构，根据车桥相互作用原理，构建了高速列车—无碴轨道—桥梁耦合系统动力学分析模型，并采用大型动力学分析软件MSC／Dytran对系统的动力学性能进行了仿真分析。同时，考虑到目前车桥耦合振动仿真研究主要针对直线桥梁的情况，本文进一步研究了高速列车—轨道—曲线桥梁耦合系统的动力学性能。仿真分析过程中，考虑了列车车型、列车运行速度、曲线半径及外轨超高等因素对系统动力学性能的影响效果，并对比分析了不同轨道结构型式下，车桥耦合系统动力学性能的差异，针对无碴轨道桥梁在施工完毕后外轨超高无法再进行调整的特点，研究了车速提高对于无碴轨道曲线桥梁车桥耦合系统动力学性能的影响，并从满足列车乘坐舒适度和减振降噪方面考虑，确定了板式无碴轨道板下橡胶垫层刚度系数的合理范围。本文的研究工作为我国客运专线桥上无碴轨道的设计和施工提供了理论参考。
刘玉祥[3]2006年在《铁路板式无碴轨道结构分析方法的研究》文中认为无碴轨道是一种新型的轨道结构。目前，我国致力于建设高速铁路和客运专线，正是无碴轨道发展的黄金时代。但是，我国无碴轨道结构的理论设计计算水平发展还不够成熟，不能满足当前高速铁路和客运专线无碴轨道应用的需求。本文以普通板式轨道为例，对无碴轨道结构分析的方法进行了研究。针对板式无碴轨道的结构特点，通过适当的假设，建立了基于弹性地基梁理论的迭合梁模型、基于迭合梁结构体系的有限元模型和基于梁-板组合结构体系的有限元模型，选用一定的算例阐述了这叁种模型在板式无碴轨道结构分析中的应用。通过MATLAB语言编程来实现分析结果。对基于弹性地基梁理论的迭合梁模型、基于迭合梁结构体系的有限元模型和基于梁-板组合结构体系的有限元模型进行了对比分析。叁种模型对同一个板式轨道结构问题分析的结果相差不大，都可以得到满意的结果，叁种模型均可满足工程需求。证明了传统的迭合梁理论在板式无碴轨道结构分析中的实用性。本文推荐采用基于迭合梁结构体系的有限元模型对板式轨道结构进行分析计算。对桥上板式无碴轨道结构进行了分析研究，运用基于迭合梁结构体系的有限元模型对桥上板式无碴轨道结构各部分在荷载作用下的变形、内力等反应进行了计算。通过举例分析，计算结果表明：荷载作用位置对桥上无碴轨道结构的钢轨和轨道板的变形及其内力的影响较大，而支座位置及其布置方式对桥梁的变形和内力的影响较大；荷载作用于活动支座所在端部时，为不利的组合情况，这需要引起我们的重视。
卿启湘[4]2005年在《高速铁路无碴轨道—软岩路基系统动力特性研究》文中认为武广客运专线要求全线铺设无碴轨道,与普通线路的有碴轨道相比,对路基的变形要求更严、更高,工后沉降不能超过3cm,甚至要求地基为“零沉降”,因此,控制无碴轨道路基的沉降是路基设计的关键。从日本、法国等国外资料看,高速铁路对路基基床填料的要求十分严格。对于基床以下部分的填料,除了个别性质不稳定、随时间或其它因素影响使其力学性质发生显着变化的土不能使用以外,其它如易风化岩块等均可用作路基基床以下部分的填筑。然而,目前国内外还没有使用风化软岩作为高速铁路路基填料的成熟技术。本文基于国内外软岩弃碴作为路基填料问题的研究现状,结合铁道部科技攻关课题,通过理论分析、室内试验、模型试验和数值模拟等方法,对软岩填料的路用性能和无碴轨道-路基系统的动力计算模型进行了深入的研究,主要取得了以下几方面的研究成果和结论。 (1) 基于Galerkin能量弱变分原理和整体Lagrange格式,建立了半无限叁维空间的动力有限元计算模型。该模型视路基、无碴轨道为一个相互作用的整体,包括路基系统和无碴轨道系统。不同的结构采用不同的单元离散,其中,地基层采用无限元,以消除边界效应的影响。不同材料接触面之间相互耦合,无相对位移。该模型充分地考虑了系统的空间、时变、耦合特性及路基的设计断面和设计参数,可提供路基-无碴轨道系统的动态响应时程及路基本体的动态响应场分布等,具有合理选择路基-无碴轨道设计参数、优化设计及预测动力性能等功能,从而为高速铁路无碴轨道-路基系统的设计提供了理论分析依据。 (2) 基于Timoshenko梁假设和刚体力学理论,首次建立了各种不同性质的单元耦合约束方程,并使用“罚函数法”或“Lagrange乘子法”对其进行了有效的处理,很好地解决了无碴轨道和轨下结构系统因相互衔接而引起的建模难问题。 (3) 材料变形特性的计算模型采用了线性、非线性弹性、Drucker-Prager、粘塑性等本构模型;车辆系统与无碴轨道-路基系统之间的耦合作用,是通过垂向平面内对外力的简化来输入的。整体刚度矩阵方程的求解采用Newmark隐式积分法进行,做模态分析时,因计算模型中包含有大量的耦合约束方程,采用了波前求解器;做瞬态动力学分析时,采用了缩减法求解器。
刘亚敏[5]2006年在《博格板式无碴轨道的竖向动力分析》文中提出随着我国高速铁路客运专线和城市轨道交通的快速发展，无碴轨道以稳定性高、维修工作量显着减少和技术相对成熟等特点得到较快发展，对无碴轨道的动力分析显得尤为必要。本文以国内德国的博格板式无碴轨道作为研究对象，将列车和轨道视为一个整体系统，建立了列车与轨道竖向耦合振动计算模型。本文根据博格板式无碴轨道的特点将其离散成22个自由度的轨道竖向振动分析有限单元的集合。取轨道每相邻两扣件之间的轨道为一个单元，其中钢轨被模拟成连续弹性点支承的Euler梁，轨道垫层模拟为线弹簧和阻尼器，轨道板在模型中作为弹性薄板来处理，砂浆模拟为线性均布面弹簧和阻尼器。把车辆模拟成6个自由度的多刚体系统模型。应用势能驻值原理和形成矩阵的“对号入座”法则建立了列车—轨道系统竖向振动矩阵方程，并编制了相应的Fortran计算程序。根据建立的轨道竖向自由振动分析模型，本文运用子空间迭代法对博格板式无碴轨道进行了自振分析。文中列出了前五阶竖向自振频率和振型图。自振分析检验了前面建立的轨道振动分析模型的正确性。以竖向几何不平顺为激振源，本文对博格板式无碴轨道系统的竖向振动响应进行了初步的分析，并列出了部分系统竖向振动响应的时程曲线图，直观地表现了博格板式无碴轨道结构的动力学特性。通过分析可知不平顺对轨道板的竖向振动位移影响较小，而对和不平顺直接接触的轨道部件和车辆部件如钢轨、轮对等的影响比较大。应用模型进行了博格板式无碴轨道的主要参数对系统振动响应的分析，主要包括钢轨支点弹性系数、轨下垫层竖向阻尼、轨道板的厚度、轨道板弹性模量等参数对钢轨、轨道板、车体重心和前转向架的竖向振动位移和竖向振动加速度还有轮轨相互作用力的影响的研究。并对这些参数进行合理取值，综合考虑：钢轨支点弹性系数在4×10~7N／m～6×10~7N／m之间比较合理；轨下垫层竖向阻尼取在1×10~5N·s／m～3×10~5N·s／m之间比较合理；轨道板厚取0.2m比较合理；车辆一系弹簧取在2.5e6N／m左右时比较合适；车辆二系弹簧取在1.52e6N／m左右比较合适。这些结论有利于博格板式无碴轨道的结构设计。
陈文豪[6]2008年在《无碴轨道高速铁路最小曲线半径研究》文中提出最小曲线半径是线路设计的重要参数之一,它的选取,将直接影响到铁路安全、环保、投资等很多方面。目前,对于无碴轨道高速铁路最小曲线半径值的研究较少,本文针对这一参数,进行深入研究分析,将对高速铁路的建设起到一定的参考作用。本文中,详细叙述了国内外高速铁路的发展背景、状况和意义,例如日本、德国、法国以及中国等国家和地区高速铁路的建设;对无碴轨道与有碴轨道进行比较,详细分析了无碴轨道的结构特点;对各国高速铁路线路参数进行分析研究。分析了最小曲线半径在高速铁路建设中的意义以及在不同的运营模式中影响它的因素-速度目标、超高等,根据国内外(包括在建的线路)高速铁路线路参数,分析计算了无碴轨道高速铁路中超高、最小曲线半径,并与有碴轨道高速铁路相应参数进行比较,提出了建议值,指出在无碴轨道线路中,可以选取比有碴轨道线路小的曲线半径值;分析计算了列车运行在曲线上时,轨道系统的受力状况,包括垂向荷载、横向荷载、纵向荷载以及扣压力,从安全、舒适指标验证了前面建议值的合理性,并编写了相应的分析计算程序;介绍了几种主要的无碴轨道模型,建立了板式轨道模型,应用Ansys软件对其进行仿真分析,计算了板式轨道各结构层的位移,并绘制曲线图,从而进一步验证了所取参数的合理性。
张辉[7]2013年在《高速列车—无碴轨道—桥梁耦合系统动力学模型及影响参数分析》文中研究指明高速列车通过铺有无碴轨道的高架桥梁时将会引起轨道、桥梁等结构的振动，而这些结构的振动反过来又会影响列车的振动，这种相互作用随着现在列车运行速度不断提高、车辆载重不断加大而越来越严重。基于高速铁路、无碴轨道及高架桥梁在我国铁路线路上的推广和应用现状，本文以高速列车—无碴轨道—桥梁耦合动力系统为研究对象，建立了有限元和模态分析两种研究模型，并分别采用隐式积分法和显式积分法对所得系统方程进行求解，分析了多种动力学影响参数的变化和多种轨道不平顺同时激扰的情况对列车过桥时车辆安全性、车辆平稳性及桥梁动力安全性的影响。根据高速列车、板式无碴轨道及桥梁相互作用的特点，本文提出了一种通用的有限元建模方法来分析车轨桥耦合系统动力学问题。文中建立了列车—钢轨和板式无碴轨道—桥梁两种有限元单元模型，采用Hamilton原理建立了两种单元的振动方程，通过一般装配矩阵的方法形成系统矩阵进行数值求解，通过算例验证了此方法的正确性。此方法的通用性主要体现在桥上结构无论有多复杂，均可以建立成类似的轨道—桥梁有限元单元模型，该单元再与有列车动力因素影响的单元联立即可轻易形成整体振动方程。建立了高速列车—长枕埋入式无碴轨道—桥梁耦合系统模态分析模型，应用Hertz非线性弹性接触理论确定了轮轨之间相互作用力，采用新型显式积分法对系统方程进行数值计算，分析了列车速度、列车悬挂参数、轨道不平顺、钢轨与桥梁连接参数等动力学影响参数的变化对系统动力学性能的影响。研究车轨桥耦合系统动力学问题时考虑了多种轨道不平顺同时激扰的情况，研究表明多种轨道不平顺同时激扰对系统动力学性能的影响不是简单单一轨道不平顺影响的迭加或相减，其中复杂的机理需进一步深入研究，确定影响系统的轨道不平顺类型及作用情况。本文的研究工作可以为客运专线列车、轨道及桥梁的结构设计和施工提供有力的理论参考依据。
赫丹[8]2009年在《客运专线无碴轨道高速列车走行安全性分析理论与应用研究》文中提出无碴轨道是高速铁路轨道结构的发展方向,我国正在大力兴建以成区段铺设无碴轨道为主的客运专线。虽然我国针对无碴轨道进行了大量的理论和试验研究,但客运专线无碴轨道建设仍缺乏成熟经验,主要依靠引进国外无碴轨道技术。如何理解、消化和吸收国外无碴轨道技术,并对其进行再创新,最终实现洋为中用就成了当务之急。尤其重要的是,如何从理论上确保高速列车在客运专线无碴轨道上走行时有较高的安全度,如何通过理论分析得到的结论来指导无碴轨道的设计、施工和运营。因此,通过理论研究解决上述问题将具有重要的理论价值和社会、经济意义。本论文取得了如下主要研究成果：1.提出了高速列车—无碴轨道时变系统空间振动分析理论,其主要内容包括：(1)基于横向有限条与板段单元法,建立了无碴轨道结构空间振动分析模型,推导了无碴轨道空间振动总势能；(2)将高速列车及无碴轨道视为一个整体系统,考虑车轮悬浮、轮轨位移衔接条件及轮轨“游间”的影响,采用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了高速列车—无碴轨道时变系统空间振动方程；(3)以高速列车构架蛇行波为此系统横向振动激振源,以轨道竖向不平顺为此系统竖向振动激振源,利用Wilson-θ数值积分法求解方程；(4)基于Fortran PowerStation 4.0平台,采用Fortran语言编制了相应的计算机程序。2.计算了高速列车—无碴轨道时变系统空间振动响应,通过与实测结果的比较,以及对计算得到的系统振动响应波形图及量值的分析,证明了本文所建立的无碴轨道结构空间振动分析模型及程序的正确性与可靠性。3.通过大量分析系统动力学参数对高速列车—无碴轨道时变系统空间振动响应的影响规律,提出了无碴轨道结构设计参数建议取值范围。其中,提出了水泥沥青砂浆应具有较高强度、较低弹性模量的新观点,为我国板式无碴轨道结构用水泥沥青砂浆的研发指出了技术方向。根据本文提出的参数值,由中南大学研发的水泥沥青砂浆材料已成功应用于武广客运专线5 km长的板式无碴轨道试验段。4.基于列车脱轨能量随机分析理论,进行了高速列车在无碴轨道上的脱轨全过程计算机仿真,首次算出了高速列车脱轨全过程振动响应,并确定了高速列车—无碴轨道时变系统横向振动极限抗力作功σc与车速V的关系；针对我国客运专线典型无碴轨道结构,分析了高速列车在设计车速以内在无碴轨道上的走行安全性,并计算了其安全度。5.基于列车脱轨能量随机分析理论,提出了列车—轨道系统横向振动失稳临界车速概念及其计算方法,并首次计算了车轨系统横向振动失稳临界车速和具有安全系数K的车轨系统容许极限车速。6.建立了横风—列车—轨道时变系统空间振动分析方法,研究了横风对高速列车—无碴轨道时变系统空间振动响应的影响规律,分析了横风作用对高速列车在无碴轨道上走行安全性的影响,模拟了横风作用下高速列车的脱轨全过程,得出了控制高速列车脱轨的临界风速值。
杨俊斌[9]2008年在《弹性支承轨道结构参数研究》文中认为弹性支承轨道是一种具有减振降噪功能的无碴轨道结构。对弹性支承轨道结构进行理论计算与分析,研究各参数取值对高速行车的影响,对其在高速铁路上的推广应用,具有重要现实意义。为分析弹性支承轨道轨枕尺寸及支承刚度对轨枕稳定性的影响,建立了钢轨—轨枕—道床相互作用的实体有限元计算模型,利用ANSYS有限元软件,以高速列车荷载为加载条件,计算了不同轨枕尺寸及支承刚度取值下轨枕的位移及翻转角度的变化情况。通过计算分析,本文首先确定了弹性短枕的长、宽、高(埋深)的合理取值范围;其次对弹性短枕的支承刚度进行了组合分析;在以上结果的基础上,提出了弹性短枕轨道适应高速行车时,短枕的竖向、横向位移及翻转角度的限值建议及弹性短枕轨道结构参数建议方案;分析讨论了弹性长枕轨道的受力特点及其各参数的取值,最后,将弹性长枕轨道与弹性短枕轨道进行了对比研究。
郭高杰[10]2008年在《高速列车—弹性支承块式无碴轨道系统竖向振动分析》文中提出随着我国客运专线和城市轨道交通的快速发展,对新型无碴轨道结构进行动力学分析十分必要。作为无碴轨道的结构型式之一,弹性支承块式无碴轨道具有减振、降噪性能好,结构简单,施工方便和可修复等优点。本文主要研究了弹性支承块式无碴轨道在高速列车作用下的动力响应。所做的主要工作如下:根据弹性支承块式无碴轨道结构的特点,取相邻两扣件间的轨道为一个轨段单元(实际上是一小段弹性支承块式无碴轨道),则整个弹性支承块式无碴轨道可视为这些轨段单元的集合。在每一轨段单元模型中,钢轨模拟为连续弹性点支承Euler梁;轨下垫层模拟为线弹簧和粘滞阻尼器;混凝土支承块通过橡胶套靴和块下垫板与轨道板连接,并模拟为一个质量块通过线弹簧和阻尼器与轨道板连接;轨道板(包含混凝土基座)视为弹性薄板,其弹性模量采用等效的方法得到;混凝土基座和路基之间模拟为线性均布面弹簧和粘滞阻尼器。至此,建立了24个自由度的弹性支承块式无碴轨道竖向振动有限单元模型。将高速列车中的机车车辆模拟成6个自由度的多刚体系统竖向振动模型。采用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,分别推导了弹性支承块式无碴轨道各部件的振动总势能和高速列车振动的总势能,并建立了高速列车—弹性支承块式无碴轨道竖向振动方程,应用Fortran语言编制了相应的计算程序。根据上述分析方法及程序,计算了高速列车—弹性支承块式无碴轨道系统竖向振动响应,通过与弹性支承块式无碴轨道静力计算结果的比较,同时从计算得出的系统振动波形图及量值来看,说明本文所建立的弹性支承块式无碴轨道结构动力分析模型正确、可行。分析了弹性支承块式无碴轨道结构参数对高速列车—弹性支承块式无碴轨道系统竖向振动响应的影响,并得出了弹性支承块式无碴轨道结构某些设计参数的合理取值范围。
参考文献：
[1]. 板式无碴轨道动力学性能分析与参数研究[D]. 赵坪锐. 西南交通大学. 2003
[2]. 高速列车—无碴轨道—桥梁耦合系统动力学性能仿真研究[D]. 万家. 铁道部科学研究院. 2005
[3]. 铁路板式无碴轨道结构分析方法的研究[D]. 刘玉祥. 中南大学. 2006
[4]. 高速铁路无碴轨道—软岩路基系统动力特性研究[D]. 卿启湘. 中南大学. 2005
[5]. 博格板式无碴轨道的竖向动力分析[D]. 刘亚敏. 中南大学. 2006
[6]. 无碴轨道高速铁路最小曲线半径研究[D]. 陈文豪. 西南交通大学. 2008
[7]. 高速列车—无碴轨道—桥梁耦合系统动力学模型及影响参数分析[D]. 张辉. 苏州大学. 2013
[8]. 客运专线无碴轨道高速列车走行安全性分析理论与应用研究[D]. 赫丹. 中南大学. 2009
[9]. 弹性支承轨道结构参数研究[D]. 杨俊斌. 西南交通大学. 2008
[10]. 高速列车—弹性支承块式无碴轨道系统竖向振动分析[D]. 郭高杰. 中南大学. 2008