对线路系统动力学.课件

对线路系统动力学对线路系统动力学研究方向及方法的思考研究方向及方法的思考目 录研究背景目前的研究方法及存在的问题今后的研究思路及方向研究背景新建高速铁路或客运专线建设带来的问题 路基合理动刚度及动刚度匹配：刚度过小，引发轨道不平顺；刚度过小，引发轨道不平顺；刚度过大，路基、轨道、车辆系统振动加剧，且设刚度过大，路基、轨道、车辆系统振动加剧，且设计、施工要求严格；计、施工要求严格；过大过小都不利于高速行车及各部件的使用寿命，过大过小都不利于高速行车及各部件的使用寿命，应与高速车辆、轨道系统相匹配的路基合理刚度。应与高速车辆、轨道系统相匹配的路基合理刚度。线路纵向刚度匹配问题（包括过渡段）：综合刚度平顺过渡；沉降差引起轨面的弯折无碴轨道 系统各部分动刚度合理匹配、平顺过渡（包括横向、纵向）轨道板的动力性能及疲劳、裂缝等既有线提速铁路技术条件 合理的技术条件（既有线路基千差万别）利用已有资料（特别是轨道不平顺值）对现有轨下系统的评价 合理的线路养护维修周期及服务寿命的预测 道床的动力性能：运量、列车荷载作用下道床的动力性能变化、破碎率、永久变形等；路基的动力性能（包括动刚度、永久变形）随运量等的变化轨道交通对环境的影响 邻近施工对既有线、既有线运营对新线、运营后的相互影响；轨道交通运营对地面结构物或周围结构物的影响目前的研究方法“车辆动力学”、“轨道动力学”、“轮轨相互作用”、“路基动力学”等线路(轨道)系统垂向振动分析模型(轨道动力学)分布参数模型 弹性连续支承梁轨道模型、弹性点支承梁轨道模型；其中又分为Euler梁或Timonshenkc梁、单层支承梁或多层支承梁等模型。集总参数模型 单自由度轨道模型，双自由度模型和多自由度模型 分布参数模型 1 弹性连续支承梁轨道模型 将钢轨当作无限长Euler梁，轨下基础不计质量，简化为连续的弹簧，并符合Winkler假设 考虑轨下基础的参振质量及阻尼2 弹性点支承梁轨道模型 集总参数模型 依据一定的等效性变换原则，可将一个具有复杂依据一定的等效性变换原则，可将一个具有复杂分散参数体系的轨道结构，简化成一个具有少数分散参数体系的轨道结构，简化成一个具有少数自由度的质量一弹簧一阻尼集总参数模型。自由度的质量一弹簧一阻尼集总参数模型。常用的等效性变换原则有两种。其一是用轨道结常用的等效性变换原则有两种。其一是用轨道结构的实测自振频率来推算等效质量和等效弹簧刚构的实测自振频率来推算等效质量和等效弹簧刚度，用轨道结构的实测幅频响应的对数衰减减率度，用轨道结构的实测幅频响应的对数衰减减率来推算等效阻尼系数来推算等效阻尼系数其二是在确定等效质量时，要求弹性地基梁分布其二是在确定等效质量时，要求弹性地基梁分布质量的动能与集总质量的动能相等，在确定等效质量的动能与集总质量的动能相等，在确定等效弹簧刚度时，要求荷载作用点下弹性地基梁的静弹簧刚度时，要求荷载作用点下弹性地基梁的静挠度与集总参数模型的静挠度相等挠度与集总参数模型的静挠度相等 单轮对轨道模型车辆被简化为单轮对的集总参数模型(2自由度)，考虑了车辆的一系悬挂特性，以及簧上和簧下的质量;轨道被简化为单自由度的集总参数模型，只考虑了轨下的等效刚度和阻尼，以及钢轨的等效质量。模型中，车辆被简化为转向架的集总参数模型(5自由度)，考虑了车辆的二系悬挂特性，以及车体(半车)、构架和簧下的质量:轨道被简化为2自由度的集总参数模型，只考虑了轨下的等效刚度和阻尼，以及钢轨的等效质量。多自由度轨道模型 多自由度轨道模型 多自由度轨道模型模型中，车辆被简化为整车的集总参数模型(10自由度)，考虑了车辆的二系悬挂特性，以及车体、构架和簧下的质量;轨道被简化为12自由度的集总参数模型，考虑了轨下胶垫、枕下道床及基床的等效刚度和阻尼，以及钢轨、轨枕和道床的等效质量。车辆系统垂向振动分析模型研究车体的运行品质、脱轨安全性、抗倾覆性、直线运行稳定性和曲线通过性能等问题 将车体及其装载、转向架构架及其上安装部件、轮对及其装备视为刚体，将车辆系统描述成多刚体系统进行振动分析单自由度简化模型 不计车辆的悬挂特性，将车辆系统的质量集中分配到相应轮对上，只考虑轮对的沉浮振动。考虑一系悬挂特性，考虑轮对和簧上质量的沉浮振动 2 转向架半车模型（考虑轮对的沉浮振动，以及（考虑轮对的沉浮振动，以及簧上质量的沉浮和点头振动。）簧上质量的沉浮和点头振动。）3整车详细模型（可考虑轮对的沉浮振动，以（可考虑轮对的沉浮振动，以及车体的沉浮和点头振动）及车体的沉浮和点头振动）车辆与线路系统垂向振动分析模型 将己有的车辆系统的垂向振动分析模型与线路系统的垂向振动分析模型进行不同的组合，即可构成种类繁多、复杂程度各异的轮轨动力分析模型，能适应不同分析目的的需要。路基动力学分析方法将列车荷载模拟为简化的函数形式，直接施加与轨道上或道床上，甚至路基面上 李军世：将列车荷载简化成一个包含振幅和频率的指数将列车荷载简化成一个包含振幅和频率的指数函数形式，并通过函数形式，并通过FourierFourier级数反映不同轮组在不同时刻、级数反映不同轮组在不同时刻、不同位置处的情形不同位置处的情形 潘昌实等：用一个激振力函数模拟列车动荷载，它由一用一个激振力函数模拟列车动荷载，它由一系列正弦函数叠加而成系列正弦函数叠加而成 蔡英等：采用一与轨道不平顺管理标准相应的激振力来采用一与轨道不平顺管理标准相应的激振力来模拟列车竖向动荷载模拟列车竖向动荷载采用车辆系统或线路系统其得动轮载，以此为输入 北方交大（张鸿儒）西南交大（梁波）Geotrack模型（静态）三维模型梁单元表示钢轨，轨枕路基土为垂向分层的半无限体Kuang-Han Chu模型：轨枕反力倒作用于路基上三维空间时变耦合分析模型西南交通大学苏谦路基、道床部分采用空间有限元进行离散轨道结构考虑为点支撑的Euler梁车辆为空间半车模型系统各部分之间的耦合作用通过轮轨接触、轨枕接触和枕路接触面实现只考虑车辆竖向振动的影响车与轮轨接触采用Herz理论钢轨与轨枕用弹簧、阻尼连接其他的研究方法对动力计算方程、边界进行函数变换，通过振型对动力计算方程、边界进行函数变换，通过振型叠加进行求解；叠加进行求解；移动荷载的影响考虑（均质、饱和土研究较多）；移动荷载的影响考虑（均质、饱和土研究较多）；波的传播理论波的传播理论，通过引入波传导单元和完全的能量传递边界，利用波的可迭加性 今后的研究思路及方法针对不同的问题，建立合理的简化模型，并随着针对不同的问题，建立合理的简化模型，并随着认识的深入和条件的许可，逐步增加考虑的因数，认识的深入和条件的许可，逐步增加考虑的因数，完善分析模型；完善分析模型；完善我们原有的计算分析方法，包括平面、三维完善我们原有的计算分析方法，包括平面、三维及移动性及移动性 土体的非线性、阻尼特性；荷载模拟的准确性土体的非线性、阻尼特性；荷载模拟的准确性（已有轮轨力计算程序的使用、试验数据的函数（已有轮轨力计算程序的使用、试验数据的函数模拟）模拟）细化道床的模拟，边界的处理（粘性边细化道床的模拟，边界的处理（粘性边界、投射边界？），计算参数的确定，道床与轨界、投射边界？），计算参数的确定，道床与轨枕的接触状态枕的接触状态过轴频率、转向架通过频率、列车通过频率以竖向振动为主，建立车辆、轨道、路基的耦合以竖向振动为主，建立车辆、轨道、路基的耦合分析计算方法及程序（简化车体、细化道床及路分析计算方法及程序（简化车体、细化道床及路基）基）对道床、土体的动力特性进行深入研究，包括动对道床、土体的动力特性进行深入研究，包括动刚度、动阻尼的非线性，基床土体（包括不同填刚度、动阻尼的非线性，基床土体（包括不同填料、不同压实度）的永久变形估算方法及公式料、不同压实度）的永久变形估算方法及公式根据已有数据对路基动力计算参数的识别，特别根据已有数据对路基动力计算参数的识别，特别是针对既有线是针对既有线对无碴轨道合理基础刚度进行研究对无碴轨道合理基础刚度进行研究振动对周围环境的影响（地铁）振动对周围环境的影响（地铁）相互影响相互影响 对不同类型建筑物的影响对不同类型建筑物的影响养护维修周期及标准养护维修周期及标准