鐵路車橋耦合輪軌接觸理論及動(dòng)力仿真.pdf

1、隨著現(xiàn)代列車速度的不斷提高，橋梁結(jié)構(gòu)在鐵路線路中的大量使用，高速鐵路車橋耦合振動(dòng)問題的研究就變得越來(lái)越重要。為了能夠有效地對(duì)線路中既有橋梁的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，也為了能夠?qū)π陆蛄哼M(jìn)行全面合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有必要對(duì)列車過橋的車橋耦合振動(dòng)問題進(jìn)行分析。計(jì)算機(jī)仿真是一種比較有效和經(jīng)濟(jì)的方法。而在這過程中，弄清楚輪軌之間的偶合關(guān)系是能否得到正確輪軌力，從而得到正確有效的數(shù)值解的必要條件。 本文運(yùn)用車輛、橋梁耦合大系統(tǒng)的思想，建立了車橋耦合

2、振動(dòng)模型。并且根據(jù)該模型的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了輪軌接觸幾何關(guān)系，輪軌之間垂向、橫向相互作用力。給出了垂向Hertz非線性彈性接觸力和橫向Kalker蠕滑理論的推導(dǎo)過程。針對(duì)激勵(lì)源，本文也給出了模擬軌道不平順的方法和程序流程圖，并且根據(jù)PSD圖，模擬了軌道的隨機(jī)不平順。對(duì)于橋梁模型，本文根據(jù)動(dòng)力有限元的方法，詳細(xì)推導(dǎo)了單元力學(xué)特性矩陣，并且在這基礎(chǔ)上，建立了橋梁分析模型。 本文的主要內(nèi)容如下： 1、建立了比較完整的機(jī)車車輛動(dòng)力

3、分析模型，以二系懸掛客車為主要分析對(duì)象，將車體、轉(zhuǎn)向架、輪對(duì)簡(jiǎn)化為剛體，建立了由31個(gè)自由度組成的空間振動(dòng)分析模型。即車體和轉(zhuǎn)向架分別考慮橫移、沉浮、側(cè)滾、點(diǎn)頭、搖頭五個(gè)自由度；輪對(duì)考慮橫移、沉浮、側(cè)滾、點(diǎn)頭四個(gè)自由度；由Hamilton原理，得到了動(dòng)力有限元方法，推導(dǎo)了12個(gè)自由度的空間梁?jiǎn)卧W(xué)特性矩陣，并利用該單元建立了橋梁動(dòng)力分析模型。 2、詳細(xì)給出了輪軌接觸幾何關(guān)系，給出了輪軌接觸幾何關(guān)系中涉及到的各個(gè)接觸參數(shù)、接觸狀

4、態(tài)；給出了求解輪軌接觸點(diǎn)的幾種處理方法，即針對(duì)特殊輪軌型面的解析法，針對(duì)任意形狀的空間搜索迭代逼近法和跡線搜索法，本文在具體實(shí)施過程中，對(duì)迭代方法進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)判據(jù)條件進(jìn)行了改進(jìn)，使其更加符合實(shí)際條件。最后給出在特定條件下，輪軌幾何接觸參數(shù)間的關(guān)系圖。 3、基于彈性力學(xué)、接觸力學(xué)理論，本文給出了輪軌垂向接觸力的推導(dǎo)，得到了輪軌垂向力公式、輪軌接觸橢圓斑的長(zhǎng)短軸計(jì)算公式。根據(jù)Kalker線性蠕滑假設(shè)，給出了蠕滑力的公式推導(dǎo)。