高速扫掠力作用下轨基检测位置动力响应分析与实验研究

论文摘要

近年来铁路运输成为货物运输的主要手段,而货车的超载和偏载不仅影响轨道的疲劳和使用寿命,而且是诱发铁道交通事故的重要因素。因此,使用高速轨道超偏载监测技术,及时检测货车的超偏载现象,对于有效地减小轨道恶性事件的发生频率有重要意义。为深入研究转向架轴间两轮对监测输出的相互影响,参照现有的轮轨扫掠力监测实验台,建立了三维轮轨动力学有限元模型,使用显式动力分析软件LS-DYNA,研究在轮轨扫掠力作用下,转向架轴间两轮对监测输出的相互影响；将仿真结果与实验结果相对比,论证有限元分析的结果,完善了轮轨扫掠力监测系统的研究理论与体系。论文的主要研究内容如下：（1）研究了国内外轮轨模型研究现状,介绍了使用LS-DYNA进行分析时使用的方法,以及对分析结果进行滤波时所采用的滤波方法。（2）以轮轨实验台为研究对象,使用HYPERMESH建立了轮轨有限元模型,参考实验台定义了单元类型,材料模型,边界条件和初始条件,控制参数等,使用LS-DYNA分析了不同车速下轮轨检测位置的应变响应。（3）使用MATLAB将LS-PREPOST提取的仿真结果进行数据处理,分析了转向架轴间两轮对监测输出的相互影响；在实验台上完成了不同速度下钢轨检测位置处综合应变响应的实验；将仿真结果与实验结果相对比,分析其异同,并提出了改进方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 货车轮扫掠力的概念
• 1.1.3 选题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外技术的研究现状
• 1.2.2 国内技术的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 轮轨动力学模型的建立
• 2.1 轮轨动力学检测实验台
• 2.2 HYPERMESH和LS-DYNA
• 2.3 轮轨有限元模型的建立及计算方法
• 2.3.1 轮轨有限元模型的建立
• 2.3.2 轮轨模型的接触算法
• 2.3.3 轮轨动力分析中的沙漏控制
• 2.4 重启动分析在轮轨仿真中的应用
• 2.4.1 重启动分析简介
• 2.4.2 完全重启动的作用及应用
• 2.5 轮轨分析时载荷的准静态加载
• 2.5.1 重力和结构阻尼的准静态加载
• 2.5.2 复杂结构中不同加载方式对系统响应的影响
• 2.5.3 动力仿真过程中其它载荷的加载
• 2.6 本章小结
• 第三章 钢轨动力响应分析
• 3.1 载荷准静态加载的评价
• 3.2 常用滤波器介绍
• 3.2.1 巴特沃斯低通滤波器
• 3.2.2 切比雪夫低通滤波器
• 3.2.3 椭圆低通滤波器
• 3.3 仿真分析
• 3.3.1 准静态作用下应变的稳定
• 3.3.2 不同速度下转向架轴间两轮对监测输出的相互影响
• 3.3.3 不同速度下各个跨段频谱分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验验证研究
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验方案及步骤
• 4.2.1 实验方案
• 4.2.2 实验步骤
• 4.3 实验装置
• 4.4 实验结果
• 4.4.1 应变信号与电压信号的转换
• 4.4.2 仿真结果与实验结果的对比
• 4.4.3 仿真频谱与实验频谱的对比与验证
• 4.5 仿真与实验误差的原因分析
• 4.5.1 小车模型的简化对结果误差的影响
• 4.5.2 约束条件对结果误差的影响
• 4.5.3 边界条件对结果误差的影响
• 4.5.4 初始条件对结果误差的影响
• 4.5.5 载荷条件对结果误差的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果