基于三维线路模型的高速铁路圆曲线参数动力学仿真分析

摘要

随着铁路速度的提高，列车与线路间的轮轨相互动力作用也越来越显著，曲线地段尤甚。由于传统的铁路线路参数研究方法并没有对车-线之间的动力相互作用加以考虑，为此大量科技工作者投身于此问题的研究，通过建立车-线之间的动力学耦合模型进行动力学仿真，获得了突出的成果。但是，目前所建动力学耦合模型均是基于平面线路模型，并没有考虑线路纵坡等纵断面参数，与实际中线路的三维空间性还是有很大区别的，这就导致了其可能只反映了部分规律。为了能更合理、真实地反映车-线之间的相互动力作用，建立三维线路模型并进行仿真分析对于研究合理配置高速铁路线路参数具有重大意义。
　　本文在详细研究以往的车-线动力学耦合模型基础上，分别建立了圆曲线路段的三维线路模型、车辆模型和无砟轨道模型，并简要介绍了轮轨间空间接触参数的计算方法。考虑到影响三维线路模型的参数众多，本文选择线路纵坡i、实设超高h、曲线半径R和行车速度V为研究参数，采用VC++编写程序来对该模型进行数值计算和仿真模拟。
　　通过对不同的线路纵坡、实设超高、曲线半径和行车速度组合，代入所建模型中计算，并对计算结果予以分析，总结出在三维线路模型下所选各参数对系统的影响规律，为高速铁路设计、线路参数的合理选择提供理论支持与建议。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 高速铁路的发展

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 三维线路模型下的高速铁路圆曲线地段仿真模型

2．1 车辆模型

2．1．1 车辆系统简化动力学模型

2．1．2 车辆运动方程

2．2 三维线路模型

2．2．1 线路空间坐标系

2．2．2 线路空间模型

2．3 轨道模型

2．3．1 钢轨运动方程

2．3．2 轨道板动力学方程

2．4 轮轨空间动态耦合模型

2．4．1 轮轨空间接触几何参数

2．4．2 轮轨接触力

2．5 模型求解方法

2．5．1 数值积分方法

2．5．2 数据存储格式

2．6 本章小结

第3章 车-线耦合动力学模型计算条件与评估指标

3．1．车-线耦合动力学模型计算条件

3．1．1 线路纵坡

3．1．2 行车速度

3．1．3 曲线超高

3．1．4 圆曲线半径

3．1．5 缓和曲线

3．2 车-线耦合动力学模型评估指标

3．2．1 轮重减载率

3．2．2 脱轨系数

3．2．3 车体横向加速度

3．2．4 轮轨垂向力

3．2．5 轮轨横向力

3．2．6 轮轴横向力

3．3 本章小结

第4章 车-线系统在三维线路模型下的动力学规律分析

4．1 模型与程序的验证

4．2 系统的动力学性能在曲线半径R影响下的规律分析

4．2．1 仿真计算结果

4．2．2 仿真结果规律分析

4．3 系统的动力学性能在行车速度V影响下的规律分析

4．3．1 仿真计算结果

4．3．2 仿真结果规律分析

4．4 系统的动力学性能在实设超高h影响下的规律分析

4．4．1 仿真计算结果

4．4．2 仿真结果规律分析

4．5 系统的动力学性能在线路纵坡i影响下的规律分析

4．5．1 仿真计算结果

4．5．2 仿真结果规律分析

4．6 系统的动力学性能与未被平衡超高hw之间的关系研究

4．6．1 仿真计算结果

4．6．2 仿真结果规律分析

4．7 系统的动力学性能受未被平衡超高形式的影响研究

4．7．1 仿真计算结果

4．7．2 仿真结果规律分析

4．8 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献

附录

附表1 客车系统参数

附表2 轨道系统参数

附表3 文中积分参数取值