铁路道床捣固振动特性数值仿真研究

论文摘要

随着全国铁路先后实施六次大面积提速,列车对铁路道床的破坏作用越来越大,铁路的养护工作难度也越来越大。捣固车便是应对这一趋势对铁路干线大修和日常维护的重要设备之一,广泛的应用在今天铁路的捣固作业的各种场合。论文在现有捣固车捣镐捣固振动特性研究的基础上,说明了影响捣固车捣镐捣固效果的主要因素,基于三维离散单元方法对捣固车捣镐的捣固振动规律进行分析研究,探寻出一条对捣镐的振动捣固特性进行计算机仿真分析的途径。论文首先对捣固车捣固装置的工作原理进行了阐述,阐明了现有的理论,并通过对捣固装置模型的简化,解释说明了捣固车捣镐的捣固振动规律和夹持的运动规律。借助实体建模软件Solid Edge对捣固装置进行简化建模,使用三维离散元分析软件EDEM对道床道碴颗粒进行颗粒模型的构建,利用Solid Edge所建模型向EDEM软件的导入,建立模拟捣固车捣镐工作过程的仿真模型。将计算机仿真得到的不同振动频率、不同振幅、不同捣固次数下的仿真数据进行比较分析,得到对捣固效果比较理想的捣镐的振动频率、振幅的区间范围和比较可行的捣固次数。研究结果表明,振动频率在35Hz附近比较合理,振幅在1.793mm到8.966mm之间比较合理,捣固次数在1-2次比较合理。对模型模拟正确性和合理性的验证借助了奥地利格拉茨技术大学费舍尔博士利用实验和软件分析得到的结论。结果表明利用软件EDEM对捣镐的捣固振动特性进行模拟仿真研究是可行的,利用的方法和得到的数据对今后更深入的研究捣固车捣镐的捣固振动特性规律是可以提供一定的参考依据的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的现状
• 1.2.1 捣固车在国内外的发展现状
• 1.2.2 捣固车捣固理论国内外的研究现状
• 1.2.3 离散单元方法与有限元方法的耦合应用
• 1.3 课题研究的内容和意义
• 1.3.1 课题研究的内容
• 1.3.2 课题研究的意义
• 第二章 离散单元方法的基础理论
• 2.1 离散单元方法的颗粒接触理论
• 2.1.1 颗粒单元的属性
• 2.1.2 颗粒的接触模型
• 2.1.3 模型的基本假设
• 2.2 模型的基本方程
• 2.2.1 力和位移的关系方程
• 2.2.2 运动方程
• 2.3 离散单元法的求解实现
• 2.3.1 离散单元法求解的组成部分
• 2.3.2 离散单元法的求解过程与方法
• 2.3.3 离散单元法的接触力与位移的计算
• 2.3.4 离散单元法的迭代的时间步长的确定
• 2.3.5 离散单元方法的求解程序流程
• 2.4 本章小结
• 第三章 铁路道床捣固虚拟模型的建立
• 3.1 虚拟设计技术及在机械行业中的应用
• 3.1.1 虚拟设计的概念
• 3.1.2 虚拟设计在机械行业中的应用
• 3.2 有碴轨道的基本知识
• 3.2.1 有碴轨道的基本概念
• 3.2.2 有碴轨道变形的力学分析
• 3.3 虚拟仿真模型的建立
• 3.3.1 模型参数的选择
• 3.3.2 颗粒模型的简化与创建
• 3.3.3 几何模型的简化与创建
• 3.3.4 系统的加载
• 3.4 本章小结
• 第四章 捣固过程的数值模拟及数据分析
• 4.1 仿真软件EDEM介绍
• 4.1.1 EDEM软件的功能特点
• 4.1.2 EDEM软件的工作模块
• 4.2 振动频率对捣固过程影响的数值模拟研究
• 4.2.1 模拟参数的确定
• 4.2.2 不同振动频率情况下的仿真模拟和数据分析
• 4.3 振幅对捣固过程影响的数值模拟研究
• 4.3.1 模拟参数的确定
• 4.3.2 不同振幅情况下的仿真模拟和数据分析
• 4.4 捣固次数对捣固过程影响的数值模拟研究
• 4.4.1 模拟参数的确定
• 4.4.2 对模拟结果进行分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 本人在攻读硕士学位期间发表论文情况