悬挂式单轨列车-桥梁纵向动力特性分析

摘要

随着社会经济的高速发展以及城市人口的增长，我国城市轨道交通行业在近十年得到了迅猛发展。悬挂式单轨交通作为一种近年来引入我国的新制式轨道交通，有着安全、环保、建造成本低、适应环境能力强和占用空间小等诸多优点，可以与地面公路交通及地铁形成城市三维立体交通网络体系，是解决当今城市交通拥堵问题的有效手段。目前，我国正在大力推进发展悬挂式单轨交通技术，已先后在多地修建了悬挂式单轨试验线。可见，悬挂式单轨交通在我国有着广阔的应用前景，所以急需针对其工程应用中可能出现的问题开展深入研究。已有的研究工作主要依靠理论分析，尚无试验验证。此外，现阶段还未对悬挂式单轨交通系统的纵向动力特性开展研究，并没有完全了解悬挂式单轨交通车桥耦合系统的动力特性，导致悬挂式单轨技术的应用缺乏足够的理论指导。因此，本文以成都新能源悬挂式单轨交通试验线为背景，开展悬挂式单轨列车-桥梁纵向动力学研究，主要内容包括：　　(1)对悬挂式单轨交通的发展历史、结构形式及特点进行了概述，总结分析了悬挂式单轨交通的研究现状，明确了论文的研究方向和重点。　　(2)分析了悬挂式单轨车辆的橡胶轮胎力学特性，利用多刚体动力学理论建立了考虑纵向作用的28自由度悬挂式单轨车辆模型，采用振型叠加法建立了悬挂式单轨桥梁有限元模型，根据悬挂式单轨列车的制动特性，从减速度角度出发进行悬挂式单轨列车-桥梁纵向耦合振动分析，并在MATLAB软件中编制了车桥纵向动力学仿真程序，分别考虑了直线匀速运行工况和直线紧急制动工况，进行了车桥动力仿真分析，得到不同运行工况下的悬挂式单轨车桥系统的动力响应。　　(3)基于成都新能源悬挂式单轨交通试验线，开展了现场动力学试验，介绍了试验概况、试验方案以及相应的动力响应评价指标。测试了车辆振动加速度、桥梁跨中及墩顶的振动加速度、桥梁动挠度等动力学响应，将车桥动力仿真计算结果与实测结果进行对比，两者总体吻合较好，验证了模型的正确性。　　(4)利用自编程序，对悬挂式单轨的车桥耦合纵向动力特性进行了仿真分析。研究了车辆载重、制动位置、桥梁跨度、桥墩高度和走行板厚等主要参数对悬挂式单轨车桥耦合系统纵向动力性能的影响规律。可为悬挂式单轨交通的设计提供借鉴。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 悬挂式单轨交通系统简介

1.2.1 悬挂式单轨交通系统的结构形式

1.2.2 悬挂式单轨交通系统的技术特点

1.3 悬挂式单轨交通的发展历史

1.3.1 国外实验示范阶段

1.3.2 国外运营阶段

1.3.3 国内试验阶段

1.4 悬挂式单轨交通的国内外研究现状

1.4.1 国内外研究现状

1.4.2 现有研究存在的问题

1.5 本文主要研究内容

第2章悬挂式单轨车辆-桥梁耦合动力学模型

2.1 轮胎力学特性

2.1.1 轮胎纵向力学特性

2.1.2 轮胎侧偏力学特性

2.1.3 轮胎侧倾力学特性

2.1.4 轮胎径向力学特性

2.2 车辆动力学模型

2.2.1 悬挂式单轨车辆模型的基本假定

2.2.2 悬挂式单轨车辆空间受力分析

2.2.3 悬挂式单轨车辆运动方程

2.3 桥梁动力学模型

2.4 列车纵向动力分析模型

2.4.1 传统单质点分析模型

2.4.2 多质点分析模型

2.4.3 悬挂式单轨列车纵向分析模型

2.5 轮轨作用力

2.5.1 轮轨纵向力

2.5.2 轮轨横向力

2.5.3 轮轨垂向力

2.6 本章小结

第3章悬挂式单轨车辆-桥梁纵向耦合振动仿真分析

3.1 轨道梁内表面几何不平顺

3.2 车桥纵向耦合动力学方程数值算法

3.3 悬挂式单轨车桥耦合振动仿真分析

3.3.1 桥梁自振特性分析

3.3.2 列车在直线区段匀速运行

3.3.3 列车在直线区段紧急制动

3.4 本章小结

第4章悬挂式单轨车桥动力测试

4.1 工程背景

4.2 试验概况

4.2.1 试验目的

4.2.2 试验设备

4.2.3 试验测点布置

4.2.4 试验工况

4.3 车桥动力响应评价指标

4.3.1 车体加速度

4.3.2 车辆平稳性

4.3.3 桥梁动力响应评价标准

4.4 动力测试结果分析

4.4.1 列车匀速运行时桥梁结构动挠度

4.4.2 列车匀速运行时桥梁振动加速度

4.4.3 列车匀速运行时的车辆振动加速度

4.4.4 列车紧急制动时的桥梁振动加速度

4.5 仿真结果与实测结果对比

4.5.1 列车匀速运行时车桥动力响应对比

4.5.2 列车紧急制动时车桥动力响应对比

4.6 本章小结

第5章 悬挂式单轨车桥纵向动力特性分析

5.1 车辆载重的影响

5.2 制动位置的影响

5.3 桥梁跨度的影响

5.4 桥墩高度的影响

5.5 走行板厚的影响

5.6 本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

学位论文数据集