移动车载作用下弹性基础梁耦合振动响应分析

摘要

随着国内交通运输行业的迅猛发展，目前国内的公路、铁路建设都已经达到了建国以来的一个高峰时期，当车辆载荷通过一段轨道的时候，将会引起这段轨道的振动响应，而轨道的振动又会加剧车辆的振动，这种振动的相互影响就产生了有轨车辆-轨道动力学系统耦合振动，且这种耦合振动与弹性地基的弹性与运行速度有关。
　　随着铁路总里程的增加和车速的不断提高，有轨车辆与轨道耦合振动的效应也就更加普遍。这种振动给轨道上行驶的车辆的行车安全造成了极大的隐患，过于剧烈的耦合振动还会破坏路基的结构，甚至造成灾难。所以加大分析研究移动车载-弹性地基梁耦合振动问题的研究力度，是对我国国民经济的负责，也是对公共交通工具安全性的切实保证。
　　移动车载-弹性地基梁耦合振动与生产生活密切相关，因此被铁路施工部门以及轨道机车制造厂等相关部门广泛关注。以二系弹簧阻尼悬挂装置的模型作为分析列车运动动力学的基础模型的计算方法，已得到广泛应用，并取得了丰硕的成果。但也正是因为车体与转向架之间的悬挂装置为弹簧-阻尼系统，使得耦合系统动力学方程为时变系数的偏微分方程组，极难求解。过去由于计算机条件，许多研究者都是应用各种数值计算方法来进行人工求解，如今随着计算机的发展，可以通过建立仿真模型，对系统进行仿真求解，从而极大的方便了建模求解的过程。在给定指定的计算精度要求时，仿真求解具有直观、快速、简单等特点。
　　本文基于大量参阅前人研究成果上，针对移动车载-弹性地基梁耦合振动模型，采用振动相关的理论知识，分析不同的车辆模型以及弹性地基梁的模型，并分别利用模态叠加法使车辆模型与梁的模型相互耦合。通过建立不同的耦合振动分析模型，使用Simulink仿真软件进行求解。本文中所得到有关工程实际的相关结论，希望能够具有实际的生产意义以及工程理论价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本课题的研究重点和难点

1．4 本文内容的结构

2 移动车载-弹性地基梁数学模型的建立

2．1 导论

2．2 轨道动力学模型的建立

2．2．1 轨道的简化模型

2．2．2 Winkler弹性地基上梁固有振动

2．2．3 Winkler弹性地基梁受迫振动的模态叠加法

2．3 车辆动力学模型的建立

2．3．1 对于实际车辆模型的简化

2．3．2 单车车辆模型

2．3．3 链式车辆模型的建立

2．4 车辆-轨道动力学模型的耦合

2．4．1 车辆-轨道动力学模型耦合模型

2．4．2 二系悬挂装置四轴链式车辆与轨道耦合模型

2．4．3 二系悬挂装置双轴链式车辆与轨道耦合模型

2．4．4 二系悬挂装置单轴链式车辆与轨道耦合模型

2．5 本章小结

3 有限长弹性地基与移动车载的耦合系统的仿真分析

3．1 导论

3．2 单车-Winkler弹性地基梁耦合振动的仿真分析

3．2．1 单车-Winkler弹性地基梁耦合振动系统通用仿真框图搭建

3．2．2 常见约束条件下仿真结果分析

3．2．3 变速运动下单车-Winkler弹性地基梁系统耦合振动仿真

3．3 本章小结

4 链式移动结构在无限长Winkler弹性地基上运动

4．1 Winkler弹性地基上无限长梁受移动集中静力载荷作用下的响应

4．1．1 移动坐标下的动力学方程

4．1．2 Winkler弹性地基梁在移动坐标中方程的基本解

4．1．3 对边界条件的解

4．2 链式无限长Winkler弹性地基移动下地基位移

4．2．1 移动质量作用下地基的动态响应

4．2．2 链式移动结构动力学方程

4．2．3 链式移动结构对Winkler弹性地基响应

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 本文结论

5．2 展望

致谢

参考文献

附录

1 链式二系悬挂四轴车辆动力学方程

2 链式二系悬挂双轴车辆动力学方程

3 链式二系悬挂双轴车辆12个反力方程

已发表论文、专利及科研情况