客运专线车辆—道岔动力特性研究

论文摘要

随着我国十一五高速铁路、客运专线、快速客货混跑铁路和城市轨道交通的大规模建设与发展,对客运专线车辆—道岔动力特性研究,为道岔设计、车辆设计提供理论基础已成为当前的迫切需要。本文全面总结和概述了国内外铁路道岔和车辆—道岔动力学的发展状况,分析了车辆高速直向通过18号可动心轨道岔的动力学特性。本文在前人已有工作的基础上,首次采用ABAQUS有限元软件建立了客运专线车辆—道岔有限元计算模型。本文以客运专线车辆—道岔耦合系统为研究对象,以车辆动力学、轨道动力学、有限元法为基础,以轮轨关系为联系纽带,将机车车辆、道岔作为一个整体大系统,应用计算机数值仿真来研究高速行车条件下车辆及道岔的动力特性、行车的安全性和舒适性。本文建立了比较完善的高速铁路四轴机车车辆的动力学分析模型。模型中将机车车辆视为多刚体系统,充分考虑车体、构架、轮对的横向、垂向、侧滚、摇头、点头自由度,车辆悬挂系统的非线性特性,极大地提高了计算分析的效率。本文在前人已有的基础上建立了较为详细的道岔区轮轨系统空间耦合振动分析模型。该模型全面考虑了转辙器部分、连接部分、辙叉部分的振动;考虑了竖向与横向耦合的振动;考虑了可动式心轨结构型式的道岔;考虑了尖轨及心轨的截面变化、轨下基础支承弹性随岔枕长度的变化;考虑了顶铁、间隔铁等特殊部件的参振等。应用车辆—道岔振动理论体系,探讨了速度、轴重与轨道系统的部分动力参数(如扣件垂向刚度)等因素对车辆—道岔系统动力性能的影响,这对我国高速道岔结构的设计和养护维修将具有重要的参考价值。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 国内外铁路道岔的发展现状
• 1.2.1 国外铁路道岔发展状况
• 1.2.2 我国铁路道岔发展状况
• 1.3 车辆-道岔动力学发展现状
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 车辆-道岔耦合模型的建立
• 2.1 ABAQUS有限元软件的介绍
• 2.2 车辆-道岔耦合模型的建立
• 2.2.1 车辆仿真模型
• 2.2.2 无缝道岔有限元仿真模型
• 2.2.3 车辆-道岔计算模型的建立
• 2.3 ABAQUS有限元计算方法
• 2.3.1 显式算法与隐式算法
• 2.3.2 显式算法适用的问题类型
• 2.3.3 显式动态分析的有限元方法
• 2.3.4 显式时间积分方法的优越性
• 2.3.5 显式方法的时间增量和稳定性
• 2.4 ABAQUS有限元接触问题处理
• 2.4.1 ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中的接触分析
• 2.4.2 动力学模型中轮轨接触的处理
• 2.5 ABAQUS数值模拟中动态振动的阻尼及连接单元
• 2.6 本章小结
• 3 车辆-道岔系统参数的选取及模型验证
• 3.1 系统参数的选取
• 3.1.1 车辆参数的选取
• 3.1.2 道岔结构参数的选取
• 3.2 分析模型的说明及验证
• 3.3 积分时间步长的选取
• 3.4 本章小结
• 4 道岔区轮轨系统动力特性
• 4.1 影响车辆安全通过道岔的主要因素
• 4.2 车辆直向通过道岔区轮轨系统的力学特性
• 4.3 本章小结
• 5 速度、轴重、扣件刚度对系统振动特性的影响
• 5.1 过岔速度对车辆-道岔系统的影响
• 5.1.1 轮轨力
• 5.1.2 系统振动加速度
• 5.2 轴重对车辆-道岔系统的影响
• 5.2.1 轮载及减载率
• 5.2.2 轨道的竖向振动
• 5.2.3 车辆的垂向振动
• 5.3 扣件垂向刚度对车辆-道岔系统的影响
• 5.3.1 轮载及减载率
• 5.3.2 轨道的竖向振动
• 5.3.3 最大动应力
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 论文主要研究工作和结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集