考慮多節(jié)車的高速列車-軌道耦合動力學(xué)研究.pdf

1、現(xiàn)在，越來越多的人將高速列車當(dāng)作舒適和安全準(zhǔn)時的綠色交通工具。但是，列車速度越高，其對運行安全性、乘坐舒適性及環(huán)境振動控制的要求越嚴(yán)格，而這些都與列車/軌道耦合系統(tǒng)的動力學(xué)性能息息相關(guān)。因此，開展高速列車/軌道耦合系統(tǒng)動力學(xué)性能研究對高速鐵路的健康快速發(fā)展至關(guān)重要，急需對相關(guān)的課題進(jìn)行大量的理論和實驗研究。
　　本文建立了基于多體系統(tǒng)動力學(xué)的高速列車/軌道空間耦合非線性動力學(xué)模型，將傳統(tǒng)的單節(jié)車輛/軌道垂-橫向動力學(xué)模型擴(kuò)展為多節(jié)

2、車輛/軌道垂-橫-縱向耦合動力學(xué)模型。計算模型中，車輛系統(tǒng)簡化為42自由度的非線性雙系懸掛多剛體模型；建立了詳細(xì)的車間懸掛系統(tǒng)模型，包括非線性車鉤緩沖裝置、車間縱向減振器及密接式風(fēng)擋；軌道子系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的三層(鋼軌-軌枕-道床-路基)有砟軌道模型，鋼軌采用連續(xù)彈性離散點支承的Timoshenko梁模擬，軌枕簡化為Euler-Bernoulli梁模型，采用傳統(tǒng)的若干個離散等效剛性質(zhì)量塊模擬碎石道床；應(yīng)用基于任意幾何型面的新型數(shù)值算法求解輪

3、軌空間接觸幾何關(guān)系，利用Hertz滾動接觸理論計算輪軌法向正壓力；輪軌蠕滑力的計算，首先按Kalker線性理論計算，然后采用沈氏理論進(jìn)行非線性修正；利用“跟蹤窗戶”模型模擬車輛/軌道耦合激振。
　　運用建立的動力學(xué)模型調(diào)查了高速運行條件下列車軌道系統(tǒng)的振動響應(yīng)、橫向穩(wěn)定性、運行平穩(wěn)性及曲線通過安全性；比較了單車/軌道耦合模型與列車/軌道耦合模型的隨機(jī)振動響應(yīng)特性；系統(tǒng)地分析了單車/軌道耦合模型與考慮3節(jié)車、5節(jié)車、8節(jié)車編組的列車

4、/軌道耦合模型對高速列車橫向穩(wěn)定性、運行平穩(wěn)性、曲線安全性分析的差異；研究了車間懸掛參數(shù)對高速列車/軌道耦合系統(tǒng)動力學(xué)性能的影響。
　　研究結(jié)果表明，單車模型與多車模型所計算的車體及輪軌力振動特性存在較大的差異；對于高速列車的橫向動力學(xué)問題，采用單車/軌道耦合模型計算會產(chǎn)生較大的誤差，需采用多節(jié)車輛編組的列車/軌道耦合模型；采用單車模型模擬較長編組的高速列車的垂向動力學(xué)問題不會造成較大的誤差；車間懸掛參數(shù)對高速列車的動力學(xué)性能有著