双跨梁动挠度求解与列车转向架随机相应分析

摘要

中国铁路网的快速发展，使得桥梁在铁路中所占比例逐渐增大，列车经过桥梁时桥梁的动力学特性以及由于桥梁轨道的振动或其他力学属性对列车运行稳定性产生的影响等问题越来越受到学者们的关注；列车不断提速使得轨道不平顺的激扰作用愈加明显，轨道方向不平顺的激扰使得列车极易发生横向振动进而蛇形失稳，因此研究列车过桥时桥梁的动力学特性与轨道不平顺对列车横向动力学特性的影响具有非常重大的工程意义。为此，本文做了以下几方面的研究。 1、列车过桥时桥梁简化为简支梁，列车载荷简化为移动集中载荷列，建立简支梁振动微分方程，利用振型正交性进行伽辽金离散得到响应方程；然后分析阻尼与模态截断阶数对响应的影响，得到响应解析近似解，并分析速度对响应的影响。结果表明，阻尼对响应影响可以忽略，只考虑第一阶振型截断即能满足精度要求；列车载荷速度接近一阶共振速度时，响应平台区振动加剧。 2、将桥梁简化成双跨连续梁模型，建立振动微分方程，利用连续分段独立一体化积分法求解双跨梁的静位移，根据准静态时动静位移能吻合的性质得到双跨梁响应的解析近似解，并研究速度与响应的关系，最后比较简支梁与双跨梁不同速度下的响应。结果表明，双跨梁响应需至少考虑前二阶模态截断才能满足精度要求；跨中位移随载荷速度增加而增大，在一阶共振速度附近平台区振幅大幅度增加，振动加剧；双跨连续梁相比单跨简支梁，振幅相对较小，且振动更加平稳。 3、采用中国三大干线的轨道谱作为激励，模拟轨道谱的时域随机信号，建立7个自由度的Cooperrider转向架动力学方程，利用Monte Carlo数值方法求解随机激励下转向架的横向振动特性。结果表明，速度增加，转向架随机振动特性增大，转向架越容易发生大幅振动，越容易失稳。

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Abstract

图清单

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

图1-1 中国高铁发展进程图

图1-2 世界各国高铁发展总里程示意图

1.2 课题国内外研究

1.3 方法介绍

1.3.1 多跨连续梁挠度求解方法研究

1.3.2 分段独立一体化积分法

1.3.3 随机振动分析方法

1.4 本文主要研究内容

第二章 列车载荷作用下单跨简支梁振动特性

2.1 多移动载荷作用下简支梁动力学方程求解

2.1.1 问题描述

2.1.2 单个移动载荷作用下方程求解

2.1.3 多移动载荷作用下方程求解

2.2 实例求解

2.2.1 桥梁列车参数

2.2.2 阻尼对响应的影响

2.2.3 振型阶数对响应的影响

2.3 响应与速度关系

图2-7 单载荷作用下简支梁响应与速度关系

图2-8 不同速度的单个移动载荷作用下桥梁响应

图2-9 不同速度的列车移动载荷作用下的桥梁响应

2.4 本章小结

第三章 列车载荷作用下双跨连续梁振动特性分析

3.1 问题描述

图3-1 多移动载荷作用下双跨连续梁模型

3.2 双跨梁静位移求解

3.2.1 单载荷作用下静位移解

3.2.2 多载荷作用下静位移解

3.3 双跨梁动响应求解

3.3.1 双跨梁模态求解

3.3.2 双跨梁响应求解

3.4 实例求解

3.4.1振动响应解校验

3.4.2第一跨跨中振动位移与载荷速度关系

3.5 简支梁与双跨梁振动响应对比

图3-8 简支梁与双跨梁跨中静位移对比图

图3-9 不同速度的列车载荷作用下简支梁与双跨梁跨中振动响应对比图

3.6 本章小结

第四章 轨道不平顺作用下列车转向架横向运动特性分析

4.1 轨道不平顺

4.1.1 轨道谱简介

4.1.2 轨道谱模拟

4.2 轨道不平顺作用下转向架动力学模型

4.2.1 转向架模型分析

4.2.2 转向架受力分析

4.3 随机振动响应数值分析

图4-6 构架小幅振动（V=78m/s）

图4-7 构架大幅振动（V=86.2m/s）

图4-8 构架剧烈振动（V=92m/s）

图4-9 前轮对小幅振动（V=78m/s）

图4-10 前轮对大幅振动（V=86.2m/s）

图4-11 前轮对剧烈振动（V=92m/s）

图4-12 后轮对小幅振动（V=78m/s）

图4-13 后轮对大幅振动（V=86.2m/s）

图4-14 后轮对剧烈振动（V=92m/s）

4.4 本章小结

第五章 全文总结

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢