客运专线曲线线路车线耦合系统动力学性能与无碴轨道结构振动响应的仿真研究

论文摘要

本文在以往车线耦合系统动力学模型研究的基础上，系统地分析了系统中各部分的运动状态，分别建立了机车车辆、普通曲线线路、无碴轨道结构的力学模型，并对轨道不平顺的数学描述进行了简要论述，对轮轨接触的相互作用问题作了分析，提出了采用有限元方法求解滚动接触过程的轮轨接触模型。求解过程中采用显式算法，并应用罚函数接触方法的约束增强方法、用于判断接触状态的接触表面权重算法和搜索算法、相应的滑移算法。 对有碴轨道和无碴轨道车线耦合系统分别进行了仿真计算，并将仿真结果和试验结果进行了对比。通过对比分析，可以认为本文建立的车辆模型、有碴轨道结构模型、无碴轨道结构模型能够较好地反映车线系统的动力特性，仿真计算结果基本符合实际情况。 对客运专线曲线线路车线耦合系统动力学性能进行了系统性的仿真研究，分析了300km／h动力分散式动车组曲线线路耦合系统的动力学性能，得到了曲线线路耦合系统振动响应。 利用所建立的客运专线无碴轨道结构车线耦合系统仿真模型，对土质路基上的板式、双块式无碴轨道结构在300km／h动车组以200～350km／h的速度通过时的振动响应进行了仿真计算，并对仿真计算结果进行了系统的分析，比较了板式、双块式无碴轨道结构动力特性的异同，最后量化分析了有碴轨道、板式、双块式无碴轨道的弹性差异。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 车辆-轨道耦合系统仿真研究进展
• 1.1.1 车辆/轨道耦合系统相互作用研究发展回顾
• 1.1.2 曲线线路车线耦合系统动力学性能研究综述
• 1.2 无碴轨道结构的研究进展
• 1.2.1 世界高速铁路无碴轨道结构的发展现状和趋势
• 1.2.2 我国无碴轨道结构研究概况
• 1.3 本文研究的主要内容与创新点
• 第二章 客运专线曲线线路车线耦合系统及无碴轨道结构系统有限元模型
• 2.1 引言
• 2.2 车辆动力学仿真模型
• 2.3 轨道结构动力学仿真模型
• 2.3.1 曲线线路有碴轨道结构动力学仿真模型
• 2.3.2 无碴轨道结构动力学仿真模型
• 2.4 轨道不平顺的数学描述
• 2.5 轮轨接触作用的数学模型
• 2.6 小结
• 第三章 车线耦合系统的动力学有限元方程与求解方法
• 3.1 有限元软件的介绍
• 3.2 有限元软件中的刚体模型
• 3.3 接触作用在有限元中应用的数学描述
• 3.3.1 接触面的定义
• 3.3.2 接触面间的相互作用
• 3.3.3 接触的数学描述
• 3.4 显式算法与隐式算法
• 3.4.1 显式算法适用问题的主要类型
• 3.4.2 动力学显式有限元方法
• 3.4.3 隐式和显式时间积分程序的简单比较
• 3.4.4 显式方法的时间增量和条件稳定性
• 3.5 数值模拟分析中动态振荡的阻尼
• 3.6 独特的连接单元与相应运动学特征的描述
• 3.7 小结
• 第四章 车线耦合系统有限元模型的试验验证
• 4.1 无碴轨道车线耦合系统有限元模型的试验验证
• 4.2 有碴轨道车线耦合系统有限元模型的试验验证
• 4.3 小结
• 第五章 客运专线曲线线路车线耦合系统的仿真研究分析
• 5.1 曲线线路上仿真研究的主要特点
• 5.2 曲线线路上车线耦合系统的仿真分析工况特点
• 5.2.1 最小曲线半径的确定原则
• 5.2.2 设计超高的合理取值以及检算
• 5.2.3 客运专线曲线线路车线耦合系统仿真研究分析工况
• 5.3 线路上列车运行安全与平稳性的分析
• 5.3.1 铁路机车、车辆运行安全与平稳性的评价指标
• 5.3.2 曲线线路上列车运行安全与舒适性对比分析
• 5.4 不同速度和曲线半径对曲线线路上车线耦合系统的动力学影响分析
• 5.5 小结
• 第六章 客运专线土质路基上无碴轨道结构体系的振动响应研究分析
• 6.1 土质路基上板式无碴轨道的振动响应研究分析
• 6.1.1 计算条件
• 6.1.2 土质路基上板式无碴轨道的车线耦合系统动力学响应
• 6.1.3 板式无碴轨道的结构动力响应分析
• 6.2 土质路基上双块式无碴轨道的振动响应研究分析
• 6.2.1 计算条件
• 6.2.2 土质路基上双块式无碴轨道的车线耦合系统动力学响应
• 6.2.3 双块式无碴轨道的结构动力响应分析
• 6.3 两种无碴轨道结构的对比分析
• 6.4 有碴轨道与板式、双块式无碴轨道的振动衰减与传递函数曲线分析
• 6.5 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文主要研究成果和结论
• 7.2 进一步研究展望
• 参考文献
• 在学期间发表的论文和参加的科研项目
• 致谢
• 详细摘要