基于惯性基准法的短波不平顺影响因素研究

针对轨面短波不平顺敏感因素问题,利用多体动力学软件Universal Mechanical建立车辆-轨道耦合动力学模型,基于惯性基准法原理仿真检测轨面短波高低不平顺,分析轨道结构及其关键参数对轨面短波高低不平顺的影响.分析结果表明,柔性轨道估算不平顺大于无质量轨道,最大幅值差为0.076 mm,轨道结构振动对轨面短波高低不平顺具有一定影响,主要影响波长范围为0.15～0.46 m;扣件系统垂向刚度对短波不平顺的影响较大,幅值变化明显,波长0.15～0.33 m内轨道谱随扣件刚度的增大显著增大;短波不平顺随扣件阻尼、路基支承刚度及路基支承阻尼的增大而减小,主要影响波长范围分别为0.27～0.46、0.15～0.33及0.28～0.40 m;短波不平顺随轨枕间距的增大而略增大.研究成果可为短波不平顺的维护与控制提供理论依据,为列车运营安全提供保障.     

轨道参数对重载铁路钢轨焊缝区域轮轨动力作用的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论和30t轴重货车-轨道垂向耦合动力学模型,计算了30t轴重货车通过钢轨焊缝不平顺区域时,轨道参数对轮轨作用的影响。结果表明:随着轨下支承刚度和轨下支承阻尼的增大,轮轨作用加剧;随着轨枕间距的增大,轮轨作用将有所减小;随着轨枕质量的增大,轮轨作用将略微增大,轨枕振动将明显降低。     

轨道不平顺引起的车轨桥空间耦合振动分析

轨道不平顺对车轨桥空间耦合振动的影响是一个有待研究的问题。本文建立了车辆一无碴轨道-桥梁系统的空间耦合振动模型,并通过功率谱密度得到轨道不平顺的时域模拟样本,以其为激励源,分析车辆-轨道-桥梁空间耦合振动响应。通过对比,考虑高低不平顺的空间模型与4种几何不平顺的计算结果,由此得到,轨道不平顺的改变主要影响轨上部分的振动,对轨下部分以及桥梁结构影响不大。     

高速铁路随机振动轨道动力响应的概率分析

视车辆、轨道为一个系统,利用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的"对号入座"法则建立该系统的竖向振动方程,考虑轨道随机不平顺,得到列车5种运行速度下轨道的随机动力响应.列车每种速度下每次得到的轨道动力响应最大值视为随机变量的一次观察值.计算结果表明:列车每种速度下钢轨和轨道板的位移最大值、加速度最大值、车轮加速度最大值以及轮轨力最大值等随机变量均服从正态分布;随着列车运行速度增加,轮轨力最大值随机变量的均值和轨道动力响应最大值随机变量的均值亦增加.     

轨道不平顺与轮轨匹配对地铁车辆晃动的影响

为了综合分析轨道不平顺与轮轨匹配对地铁车辆晃动的影响机理,采用动力学试验与数值仿真相结合的方法展开研究.测试车辆晃动的横向振动加速度、轮轨廓形及轨道不平顺,掌握车辆晃动、不同轮轨匹配特征,分析轨道不平顺及轮轨匹配对车辆晃动的影响.结果表明：当地铁运行线路存在周期性轨道不平顺时,将严重影响车辆平稳性;不同轮轨型面匹配引起的转向架蛇行运动频率与轨道激励频率、车体滚摆模态频率的接近程度不同,是导致车辆平稳性存在差异的原因.及时处理轨道周期性不平顺,合理控制轮轨型面匹配的等效锥度能够有效改善地铁车辆的运行品质.     

轨道刚度变化对高速列车-板式轨道系统振动响应的影响分析

针对板式轨道的结构特点,利用横向有限条与板段单元模拟板式轨道,并考虑轮轨竖向位移衔接条件,基于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-板式轨道动力学耦合系统的竖向振动矩阵方程.在此基础上,分析了板式轨道的刚度变化对此系统竖向振动响应的影响规律.计算结果表明,合理的轨道刚度将有利于降低此系统的竖向振动响应.并建议CA砂浆刚度合理的取值范围为1 000—1 500 MPa/m,轨下垫层刚度合理的取值范围为60—80 kN/mm.     

基于傅立叶变换法的高速铁路轨道振动分析

建立轨道结构三层弹性梁模型,考虑轨道不平顺对振动响应的影响,利用傅立叶变换法求解振动位移.通过计算我国现有几种高速动车组运行时引发轨道结构的振动位移响应,得到轨道结构的振动加速度,分析了轨道不平顺及列车速度对振动幅值的影响.研究表明,较差的轨道不平顺状态及列车高速运行的组合情况下,轨道振动响应幅值将迅速增大.     

钢轨维修对高速铁路轨道平顺性的影响分析

钢轨维修是高速铁路轨道结构修理的核心作业内容,其对线路平顺性的影响直接关系到维修作业计划的有效制定. 针对某300 km/h高速铁路无砟轨道钢轨维修前后的轨检数据,分析1~42 m和1~120 m波长区间高低及轨向不平顺的时域、频域以及与车辆振动加速度的相干函数,确定钢轨维修对轨道平顺性的影响. 结果表明:钢轨维修仅对1~120 m的轨向不平顺轨道质量指数（Track Quality Index, TQI）有显著改善作用,使其降低约0.7 mm;在轨道不平顺频域分布上,钢轨维修作业对于轨道不平顺波长的组成没有显著作用,仅对于波长3 m以下轨道不平顺有一定的改善作用;钢轨维修作业对改善列车垂向振动有一定的效果.     

轨道结构参数对地铁引起地面环境振动特性的影响分析

分别采用有限元和现场试验方法,研究了在短波不平顺条件下,轨道结构参数变化对地铁列车引起地面环境振动特性的影响。结果表明:地铁列车引起的地面环境振动总体上由波长为0.3~1.0 m的短波不平顺所引起,减小扣件刚度和增大轨枕质量可以分别在50~100 Hz和30~100 Hz范围内减小地面振动水平,减小道床支承刚度可在20~100 Hz范围内有效减小地面环境振动水平约13.5 dB,但会导致地面环境振动水平在某些频率上出现增大。     

高速铁路板式轨道参数与动力特性的研究

运用板式轨道-路基系统半空间垂向耦合的动力计算模型,研究了高速铁路板式轨道的动力特性,探讨了板式轨道的CA砂浆垫层厚度和扣件刚度对系统动力性能的影响规律。扣件、轨下胶垫和CA砂浆层的弹性、阻尼特性对轨道及轨下结构动力性能的影响极大,减少扣件或轨下胶垫的刚度、增加CA砂浆层的厚度,可改善板式轨道的动力学性能。     

连续梁桥上CRTS双块式无砟轨道疲劳特性

为探讨梁轨非线性互制作用下连续梁桥上双块式无砟轨道系统静动力荷载下结构响应,预测桥上无砟轨道结构的疲劳寿命,基于梁轨相互作用原理与车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理,以昌景黄铁路某(40+64+40)m连续梁为研究对象,采用有限元方法建立了考虑桥梁、支座、底座板、道床板、扣件和钢轨等构件及结构层间非线性约束的连续梁-CRTS双块式无砟轨道的一体化空间分析模型,研究列车静活载作用下桥梁、道床板、底座板及钢轨的动力响应特性与无缝线路纵向力分布规律,分析连续梁桥上无砟轨道结构疲劳特性。结果表明：温度荷载作用下钢轨最大压应力位于连续梁两端,最大拉应力位于桥梁跨中;竖向荷载作用下钢轨最大拉应力位于连续梁桥墩,最大压应力位于桥梁跨中;制动荷载作用下钢轨拉、压应力极值均位于桥梁桥墩;钢轨纵向力由温度荷载控制,最大应力为143.1 MPa,满足规范要求;列车动载作用下,简支梁和连续梁上钢轨最大拉、压应力相当,道床板最大拉应力出现在连续梁跨中限位凹槽附近,其板底拉应力大于板顶,底座板最大拉应力出现在连续梁主墩附近,且板顶和板底的拉、压应力基本相同;列车动载作用下,钢轨最易破坏处寿命约27.1 a,道床板和底...     

高速滑轨平顺度对撬轨动力响应的影响

为研究音速以上运行的高速滑轨平顺度对撬轨动力响应的影响规律和控制指标,采用车辆动力学、轨道动力学理论,建立了高速试验滑轨系统撬轨动力分析模型,对不同速度、不同激励条件下撬轨动力响应进行了分析计算,定量探讨了高速滑轨平顺度对撬轨系统的动力响应影响.结果表明,单轨滑撬在速度为700 m/s时峰值沉浮加速度高达5.1 m/s2.700 m/s时滑撬振动加速度约为100 m/s时的8倍多.为避免过大振动,高速滑轨不平顺幅值应控制在2 mm以内.     

Prediction of vibrations from underground trains on Beijing metro line 15

The impact of vibrations due to underground trains on Beijing metro line 15 on sensitive equipment in the Institute of Microelectronics of Tsinghua University was discussed to propose a viable solution to mitigate the vibrations. Using the state-of-the-art three-dimensional coupled periodic finite element-boundary element (FE-BE) method, the dynamic track-tunnel-soil interaction model for metro line 15 was used to predict vibrations in the free field at a train speed of 80 km/h. Three types of tracks (direct fixation fasteners, floating slab track and floating ladder track) on the Beijing metro network were considered in the model. For each track, the acceleration response in the free field was obtained. The numerical results show that the influence of vibrations from underground trains on sensitive equipment depends on the track types. At frequencies above 10 Hz, the floating slab track with a natural frequency of 7 Hz can be effective to attenuate the vibrations.     

高速滑轨结构参数对橇轨动力响应的影响

火箭橇在亚音速、跨音速、超音速条件运行时引起的动力学问题是高速滑轨设计及制造重点考虑的问题.结合中国某型橇轨系统,较为完善地建立了橇轨动力分析有限元模型,研究了钢轨、轨道梁、扣件和衬片参数对橇轨动力响应影响关系,探讨高速滑轨结构参数取值原则.研究表明,钢轨和衬片刚度对系统动力响应影响较大,橇轨动力响应相对较低的滑轨结构参数选取范围为:钢轨弹性模量为210 GPa、轨道梁采用C20～C60混凝土、扣件刚度为(1 200～2 000)kN/mm、衬片弹性模量为(100～140)GPa.该研究可为高速滑轨设计提供理论依据.     

Derailment risk and dynamics of railway vehicles in curved tracks: Analysis of the effect of failed fasteners

The effect of the fastener’s failure in a railway track on the dynamic forces produced in the wheel-rail contact is studied using the simulation software VAMPIRE to assess the derailment risk of two different vehicles in two curves with distinct characteristics. First, a 3D-FEM model of a real track is constructed, paying special attention to fasteners, and calibrated with displacement data obtained experimentally during a train passage. This numerical model is subsequently used to determine the track vertical and lateral stiffness. This study evidences that although the track can practically lose its lateral stiffness as a consequence of the failure of 7 consecutive fasteners, the vehicle stability would not be necessarily compromised in the flawed zone. Moreover, the results reveal that the uncompensated acceleration and the distance along which the fasteners are failed play an important role in the dynamic behavior of the vehicle-track system, influencing strongly the risk of derailment.

     

高速铁路双块式无砟轨道车辆荷载动态传递特征

为研究车辆荷载在无砟轨道中的传递特征,建立车辆-双块式无砟轨道耦合动力学模型,对车辆荷载在无砟轨道主体结构内的动应力和振动加速度传递规律进行研究,并对行车速度、结构尺寸及层间接触状态等影响因素进行分析. 结果表明:车辆荷载的主承载区分布在道床板内,垂向动应力峰值在0.1 m深度之内衰减73%;车辆荷载的主振动区主要分布在道床板内并传递至支承层,垂向加速度峰值在0.1 m深度之内衰减89%;轨道结构动态受力及振动响应均随行车速度的增加而增大;适当减少轨道结构宽度,对其受力和振动特性影响较小. 无砟轨道结构层间插入隔离层,可减小轮轨动力响应及轨道结构动态受力,但结构层间垂向加速度明显增大,插入弹性层,可减小钢轨垂向加速度,但对轮轨动力响应、道床板和支承层动态受力及振动特性影响较小. 所得结论可为无砟轨道设计和优化提供理论参考.     

钢轨底部动力吸振器对钢轨振动与噪声的影响

为分析钢轨底部动力吸振器对钢轨振动特性和声辐射特性的影响,建立钢轨振动-声辐射模型.首先,根据铁路板式轨道实际拓扑结构建立三维实体有限元模型,采用直接法求解钢轨结构的特征值问题;其次,计算分析了钢轨在垂向单位力激励下的导纳特性与振动衰减率;再次,利用轮轨滚动噪声预测模型计算分析了动力吸振器对钢轨声辐射功率的影响;最后,...