考慮多節(jié)車的高速列車-軌道耦合動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、現(xiàn)在，越來(lái)越多的人將高速列車當(dāng)作舒適和安全準(zhǔn)時(shí)的綠色交通工具。但是，列車速度越高，其對(duì)運(yùn)行安全性、乘坐舒適性及環(huán)境振動(dòng)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(dòng)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(dòng)力學(xué)性能研究對(duì)高速鐵路的健康快速發(fā)展至關(guān)重要，急需對(duì)相關(guān)的課題進(jìn)行大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文建立了基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的高速列車/軌道空間耦合非線性動(dòng)力學(xué)模型，將傳統(tǒng)的單節(jié)車輛/軌道垂-橫向動(dòng)力學(xué)模型擴(kuò)展為多節(jié)

2、車輛/軌道垂-橫-縱向耦合動(dòng)力學(xué)模型。計(jì)算模型中，車輛系統(tǒng)簡(jiǎn)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(diǎn)支承的Timoshenko梁模擬，軌枕簡(jiǎn)化為Euler-Bernoulli梁模型，采用傳統(tǒng)的若干個(gè)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(dòng)接觸理論計(jì)算輪軌法向正壓力；輪軌蠕滑力的計(jì)算，首先按Kalker線性理論計(jì)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(yùn)用建立的動(dòng)力學(xué)模型調(diào)查了高速運(yùn)行條件下列車軌道系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)、橫向穩(wěn)定性、運(yùn)行平穩(wěn)性及曲線通過(guò)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(dòng)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(duì)高速列車橫向穩(wěn)定性、運(yùn)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(duì)高速列車/軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)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(jì)算的車體及輪軌力振動(dòng)特性存在較大的差異；對(duì)于高速列車的橫向動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，采用單車/軌道耦合模型計(jì)算會(huì)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(zhǎng)編組的高速列車的垂向動(dòng)力學(xué)問(wèn)題不會(huì)造成較大的誤差；車間懸掛參數(shù)對(duì)高速列車的動(dòng)力學(xué)性能有著