30吨轴重重载铁路轨道结构力学特性研究

摘要

从世界重载运输技术的进步趋势来看，尽可能提高轴重，充分利用现有站线长度，已逐渐成为今后重载运输的主流方向。在重载运输方面，澳大利亚采用重要技术措施也是提高货车轴重，货车轴重已提高到37.5t，并进一步提高到40t。美国、加拿大等国重载铁路的轴重普遍达到32.5～35.7吨，与之相比，我国货车的最大轴重仅为25吨，差距还很明显，我国货车轴重向25吨以上发展已成为必然趋势。车辆轴重的增加使得轨道结构问题日益突出。 本论文从钢轨-轨枕-道砟-路基系统的角度出发，以货车轴重30吨为例，主要做了以下几点工作： 1.综述了国内外重载铁路运输及轨道结构现状，重点对美国、澳大利亚、加拿大等国的重载铁路特点进行了分析，并指出我国与国外重载铁路发达国家之间的差距。 2.结合我国重载铁路轨道结构，利用大型有限元软件ANSYS建立了钢轨-轨枕-道砟-路基的三维动力分析模型。 3.针对30吨轴重的重载轨道结构，研究货车轴重、钢轨类型、道床弹性模量、轨下垫板刚度等对轨道结构的静力响应，最后通过对计算结果进行对比分析，得出各种设计参数的影响规律。 4.针对30吨轴重的重载轨道结构，研究一些关键参数对重载轨道结构动力响应的影响规律。参数包括货车轴重、钢轨类型、道床弹性模量、轨下垫板刚度等。在此基础上，对轨道结构参数选取提供建议。 该论文不仅具有理论意义，也有重要的现实意义。它可以为30吨轴重的轨道结构选型设计以及决策提供理论上的依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 重载铁路概况

1.2.1 国外重载铁路运输

1.2.2 国内重载铁路运输

1.2.3 国外重载铁路轨道结构

1.2.4 国内重载铁路轨道结构

1.3 轨道结构力学特性的研究概况

1.3.1 轨道结构的静力学研究

1.3.2 轨道结构的动力学研究

1.4 本文主要的研究内容

2 有限元理论及系统分析模型的建立

2.1 有限单元法理论

2.2 ANSYS简介

2.2.1 模态分析原理

2.2.2 瞬态动力学分析原理

2.3 重载轨道结构静力/动力模型的建立

2.3.1 计算参数

2.3.2 建立模型

3 重载轨道结构静力特性研究

3.1 轴重对轨道结构静力性能的影响

3.1.1 25 吨货车对重载轨道结构的静力作用

3.1.2 30 吨轴重货车对重载轨道结构的静力作用

3.1.3 不同轴重轨道结构静力学性能对比分析

3.2 钢轨类型对轨道结构静力性能的影响

3.2.1 60 kg/m钢轨轨道结构的静力学性能

3.2.2 不同钢轨类型轨道结构静力学性能对比分析

3.3 道床弹性模量对轨道结构静力性能的影响

3.3.1 70 MPa的弹性模量道床轨道结构静力学性能

3.3.2 不同弹性模量的道床轨道结构静力学性能对比分析

3.4 轨下垫板刚度对轨道结构静力性能的影响

3.4.1 刚度为9×107N/m的轨下垫板轨道结构静力学性能

3.4.2 不同刚度的轨下垫板轨道结构静力学性能对比分析

3.5 本章小结

4 重载轨道结构动力特性研究

4.1 轴重对轨道结构动力性能的影响

4.1.1 25 吨货车对重载轨道结构的动力作用

4.1.2 30 吨货车对重载轨道结构的动力作用

4.1.3 不同轴重轨道结构动力学性能对比分析

4.2 钢轨类型对轨道结构动力性能的影响

4.2.1 不同钢轨类型对轨道结构垂向位移的影响

4.2.2 不同钢轨类型对轨道结构垂向加速度的影响

4.2.3 不同钢轨类型对轨道结构垂向应力的影响

4.3 道床弹性模量对轨道结构动力性能的影响

4.3.1 不同弹性模量道床对轨道结构垂向位移的影响

4.3.2 不同弹性模量道床对轨道结构垂向加速度的影响

4.3.3 不同弹性模量道床对轨道结构垂向应力的影响

4.4 轨下垫板刚度对轨道结构动力性能的影响

4.4.1 不同轨下垫板刚度对轨道结构垂向位移的影响

4.4.2 不同轨下垫板刚度对轨道结构垂向加速度的影响

4.4.3 不同轨下垫板刚度对轨道结构垂向应力的影响

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简历