高速鐵路無砟軌道動力特性分析的移動單元法.pdf

1、近些年來，中國鐵路有限的運能與國內(nèi)龐大的客貨運輸需求間的巨大鴻溝，使得中國鐵路必須在短時間內(nèi)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。既有線路的六次大提速以及高速鐵路和客運專線的蓬勃發(fā)展，切實有效的增大了運能和運輸效率。中國鐵路的快速發(fā)展帶來了車速的顯著提高和軌道結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化，現(xiàn)今無砟軌道的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)逐漸成為新的發(fā)展方向。高速鐵路無砟軌道系統(tǒng)在帶來巨大的社會經(jīng)濟效益的同時，也使得軌道結(jié)構(gòu)動應力增加，振動噪聲問題突出等一系列問題，嚴重時將危機運營安全。無砟軌道

2、與傳統(tǒng)的有砟軌道有很大不同，國內(nèi)相關(guān)理論研究實驗還處于起步階段，很多方面都是暫時借用國外的理論成果，所以對高速鐵路無砟軌道系統(tǒng)的動力特性研究已經(jīng)迫在眉睫，有很強的現(xiàn)實意義。
　　本文在大量理論分析研究的基礎(chǔ)上，將移動單元法應用到無砟軌道系統(tǒng)的研究當中，并提出了與之相對應的高速列車—無砟軌道—路基耦合系統(tǒng)計算模型，該模型的計算中融合了有限元法與移動單元法。首先該計算模型離散為上下兩個部分。上部車輛單元為一節(jié)車廂，利用有限元法和Lag

3、range方程即可計算出車輛單元的質(zhì)量矩陣，阻尼矩陣和剛度矩陣；而下部軌道單元離散為三層梁單元，利用移動單元法即可計算出軌道單元的質(zhì)量矩陣，阻尼矩陣和剛度矩陣。該模型在計算時可選取適當?shù)南虏寇壍篱L度，并將車輛單元耦合在軌道單元中間處，可以一次集成整個模型的總質(zhì)量矩陣，總阻尼矩陣和總剛度矩陣。使用移動單元法和有限元法建立的該高速列車—無砟軌道—路基耦合系統(tǒng)模型具有以下優(yōu)點：第一，因為輪軌接觸點不變，因此就消除了追蹤每個單元的接觸點的必要；

4、第二，車輛永遠不會到達邊界，就消除了邊界對計算結(jié)果的影響；第三，該方法還可以研究變速的情況。此外，該模型還可以使用不同尺寸的單元，尤其在多接觸點問題的時候，可以大大提高模化效率。
　　使用matlab軟件將高速列車—無砟軌道—路基耦合系統(tǒng)計算模型程序化，通過調(diào)整程序中相關(guān)參數(shù)即可達到模擬現(xiàn)實情況的仿真計算。文中主要計算分析了兩種不同的工況，即變化車輛速度和軌道不平順狀態(tài)下的車輛無砟軌道系統(tǒng)的動力響應；還計算了軌道結(jié)構(gòu)各部分參數(shù)對車

5、輛軌道系統(tǒng)振動特性的影響。為了得到車輛無砟軌道系統(tǒng)動力響應的第一手資料和更好的驗證文中提出的模型和計算理論的正確性，特地選取了某高速鐵路路基段進行了現(xiàn)場測試。測試結(jié)果與模型的仿真計算進行了對比，除去一些客觀因素，取得了較好的一致性。文章總結(jié)出以下結(jié)論：（1）無砟軌道結(jié)構(gòu)中的鋼軌，軌道板和混凝土支撐層的位移，加速度等響應與列車運行速度密切相關(guān)，列車速度越快，動力響應值越大，響應越劇烈。（2）無砟軌道結(jié)構(gòu)中的鋼軌，軌道板和混凝土支撐層的位移

6、，加速度等響應與軌道不平順狀態(tài)密切相關(guān)，軌道不平順狀態(tài)越差，動力響應值就越大，越劇烈。（3）無砟軌道結(jié)構(gòu)的動應力與列車速度和軌道不平順狀態(tài)都密切相關(guān)，車速越快，軌道不平順狀態(tài)越差，輪軌接觸力的值就越大。（4）車體振動加速度作為影響乘客乘坐舒適度的重要指標，列車運行速度和軌道不平順狀態(tài)對其值的影響有限，說明動車組中的一系和二系彈簧阻尼系統(tǒng)的減振作用明顯。（5）通過變換參數(shù)的計算，得出了軌道結(jié)構(gòu)部分參數(shù)的合理取值范圍。
　　盡管本文提