地铁曲线波磨段e型弹条大圆弧共振断裂因素研究

摘要

为了科学探究e型弹条大圆弧共振断裂的影响因素,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型。应用非线性有限单元法和模态分析方法并结合运营现场波磨测试结果,计算分析地铁小半径曲线波磨段列车荷载作用下扣件弹条的固有振动特性。研究结果表明:e型弹条在钢轨波磨引起的高频激励条件下发生共振时,弹条等效应力最大值和剪应力最大值位置与现场弹条断裂位置高度吻合。列车过曲线段时,由于DTⅢ型扣件系统铁垫板上部结构的装配误差问题,扣件系统各部件之间存在接触缝隙。轨距挡块在列车横向作用力下会产生横向微动,从而影响弹条趾端边界条件,导致弹条第2阶固有频率大幅降低。在某湿热多雨的沿海地区,地铁线路运营环境较为潮湿,长期的潮湿环境将会减小弹条趾端与轨距挡块接触面之间的摩阻力,随着弹条趾端摩擦约束作用的减弱,e型弹条在安装状态下第2阶固有频率显著降低,并且在轨距挡块出现横向微动的情况下,弹条第2阶固有频率降低幅度增大,甚至接近现场波磨通过频率,导致弹条在第2阶固有频率发生共振。扣件系统装配误差与潮湿的线路运营环境可能会造成弹条大圆弧共振断裂问题。