车桥耦合振动中的轮轨力研究

摘要

随着行车速度的不断提高、交通密度的日益增加、荷载的逐渐加重，车辆与桥梁结构的动力相互作用越来越受到人们的重视。轮轨力是车辆系统动力学中最为重要的指标之一，直接关系到车辆动力性能。因此，准确地模拟计算车辆在桥上运行时的轮轨力是对车辆在桥上行车安全进行正确评价的前提条件。本文着重对车辆在80m钢桁梁桥上运行时的轮轨力进行了研究。 首先，根据车桥耦合的相关理论，建立了车辆的计算模型及运动方程。通过轮轨的几何相容条件和相互作用力平衡条件将车辆和桥梁两个子系统进行耦合，得到车桥系统的计算模型和运动方程，并编写了车桥空间振动分析的计算机仿真程序。 其次，以80m钢桁梁桥为例，分析了8辆相同参数的德国ICE拖车过桥时轮轨力的变化规律，以及各种因素对轮轨力的影响。结果表明：在相同的速度和轨道不平顾下，车辆在桥上的横向和竖向轮轨力均比路基上的大；随着行车速度的提高，横向和竖向轮轨力亦随之增大，轮轨力与车速的关系并不是完全线性的；轨道不平顺幅值对轮轨力的影响较大，随着幅值的增加，相应的轮轨力亦增大；在桥上运行时，LM型踏面引起轮轨力均较之TB型踏面大，但在路基上，两者并没有显著差异；当通过增加桥门架刚度来增加桥梁刚度时，横向轮轨力略有减少，竖向轮轨力几乎不受影响；随着车辆一系纵向刚度的增加，横向轮轨力不断上升，当纵向刚度大于15MN/m时，横向轮轨力保持在30kN左右；横向轮轨力随车辆一系横向刚度几乎成线性增长，但增长速度不快；当车辆二系横向刚度增加，对横向轮轨力的影响不是很大。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1引言

1.2车桥耦合振动理论

1.2.1古典理论

1.2.2近代理论

1.3车桥耦合动力问题研究的现状

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.4本文主要研究内容及创新点

1.4.1本文主要研究内容

1.4.2本文创新点和难点

第二章轮对和轨道的相互关系

2.1轮轨几何形状

2.1.1车轮

2.1.2钢轨

2.2轨道不平顺

2.2.1轨道不平顺的分类

2.2.2轨道不平顺的产生原因

2.2.3轨道不平顺的数学描述

2.2.4轨道不平顺的数值模拟

2.3轮轨接触几何关系

2.3.1轮轨接触几何参数及确定

2.3.2踏面斜度和等效斜度

2.3.3重力刚度和重力角刚度

2.4轮轨滚动接触理论

2.4.1轮轨接触斑椭圆长短半轴的求解

2.4.2蠕滑率和蠕滑力

2.4.3 Kaller滚动接触理论

2.5本章小结

第三章车辆计算模型及运动方程

3.1车辆模型的基本假设、自由度及符号

3.1.1基本假定及自由度的选取

3.1.2符号说明

3.2车辆运动方程的建立

3.2.1悬挂作用力

3.2.2车体运动方程

3.2.3转向架运动方程

3.2.4轮对运动方程

3.2.5车辆动力平衡方程组

3.3本章小结

第四章路基及桥上车辆系统方程的建立与求解

4.1车辆在路基上时系统方程的求解

4.1.1轮对与轨道的相对位移关系

4.1.2右端荷载项

4.1.3车辆作用于轨道上的力

4.2车桥系统方程的建立及求解

4.2.1桥梁模型

4.2.2车桥耦合关系的建立

4.2.3轮轨位移关系及轮轨力

4.3车桥系统振动分析程序设计

4.3.1 ANSYS简介

4.3.2车辆方程的求解方法

4.3.3程序处理

4.4本章小结

第五章钢桁梁桥轮轨力分析

5.1列车模型及参数

5.2桥梁模型

5.2.1有限元模型

5.2.2动力特性分析

5.3路基和桥上轮轨力及车辆响应对比分析

5.4轮轨力影响因素分析

5.4.1行车速度的影响

5.4.2轨道不平顺的影响

5.4.3车轮踏面的影响

5.4.4车辆参数的影响

5.4.5桥梁横向刚度的影响

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2建议

6.3展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果和发表的学术论文