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轮轨相互作用力频谱成分研究

作　者: 汤庆超
导　师: 张楠
学　校: 北京交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 车桥耦合轮轨力三分之一倍频程频谱全过程迭代法数据结构
分类号: U211.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 69次
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内容摘要

摘要：高速列车通过桥梁时会引起桥梁结构的振动,结构的振动又会反作用于车辆,引起车桥耦合振动的一系列问题。随着列车时速的不断提高,对车桥耦合振动研究的必要性愈加显著。本文主要对轮轨相互作用力频谱成分进行研究。本文主要以简支梁桥为研究对象,首先利用离散傅里叶变换技术将时域中的轮轨力转换到频域,考察轮轨力幅值对频率的敏感区间。然后,选取不同的桥梁基频和不同的列车时速,通过车桥迭代计算程序模块计算得到大量轮轨相互作用力数据,分析轮轨力的频谱成分,总结出车桥振动的一般规律,并给出相应的计算方法。最后根据三分之一倍频程的基本原理编制了Matlab程序,对变换过的轮轨力频谱曲线进行平滑处理,得到了每一个中心频率下的轮轨力有效值。并编写了求解轮轨力频谱的软件,输入桥梁基频及列车时速,即可得到相应的轮轨相互作用力频谱,进而能够重构出新的轮轨相互作用力,可以直接应用于桥梁结构的振动分析研究。文章中对大量轮轨力频谱数据进行回归分析,总结出了轮轨力频谱关于桥梁基频和列车时速的一般公式。本文利用频谱分析的研究成果,分析了高速列车在不同的交会工况下桥梁的动力响应,实现了轮轨力频谱分析在桥梁结构振动研究中的应用。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-20
  1.1 选题背景  10-11
  1.2 车桥动力相互作用研究的国内外进展  11-16
    1.2.1 国外理论研究  13-14
    1.2.2 国内理论研究  14-16
  1.3 轮轨相互作用力的研究现状  16-18
    1.3.1 轮轨相互作用力模型  16-17
    1.3.2 轮轨关系模型  17-18
  1.4 问题的提出  18-20
    1.4.1 本文的研究方向及思路  18-19
    1.4.2 本文研究主要内容  19-20
2 轮轨作用力频谱分析中的车桥系统动力分析模型  20-38
  2.1 引言  20-21
  2.2 车辆模型  21-27
    2.2.1 车辆模型的基本假定  21
    2.2.2 车辆空间模型  21-22
    2.2.3 车辆运动方程的建立  22-27
  2.3 桥梁模型  27-29
    2.3.1 桥梁模型的基本假定  27-28
    2.3.2 桥梁运动方程的建立  28-29
  2.4 轨道不平顺及轮对蛇形运动  29-30
    2.4.1 轨道不平顺的基本假定  29
    2.4.2 轨道不平顺的计算方法  29-30
  2.5 轮轨相互作用力的计算  30-35
    2.5.1 轮轨间竖向作用力  31-32
    2.5.2 轮轨间横向作用力  32-35
  2.6 全过程迭代法在车桥耦合系统中的研究与应用  35-36
  2.7 本章小结  36-38
3 轮轨力振动信号的频谱分析  38-50
  3.1 引言  38-39
  3.2 傅里叶变换的理论及应用  39-41
    3.2.1 傅里叶变换的理论  39-40
    3.2.2 傅里叶变换的应用  40-41
  3.3 三分之一倍频程在轮轨力频谱分析中的研究  41-48
    3.3.1 三分之一倍频程的理论  41-42
    3.3.2 三分之一倍频程的应用  42-45
    3.3.3 三分之一倍频程的MATLAB分析程序  45-48
  3.4 本章小结  48-50
4 轮轨相互作用力影响因素分析  50-64
  4.1 引言  50
  4.2 轮轨作用力频谱分析需要考虑的因素  50
  4.3 不同影响因素下轮轨力的计算  50-56
    4.3.1 计算模型的选取  50-51
    4.3.2 计算结果分析  51-56
  4.4 频谱分析应用扩展  56-57
  4.5 轮轨力频谱分析软件介绍及实例验证  57-60
    4.5.1 软件介绍  57-58
    4.5.2 实例计算  58-60
  4.6 轮轨力频谱分析的一般方法及公式拟合  60-62
  4.7 本章小结  62-64
5 单向行车及会车时的桥梁动力响应分析  64-70
  5.1 引言  64
  5.2 不同节次列车对桥梁振动的影响  64-66
  5.3 会车时的桥梁响应分析  66-69
  5.4 本章小结  69-70
6 结论与展望  70-72
  6.1 主要研究成果  70-71
  6.2 研究工作展望  71-72
参考文献  72-76
附录A  76-80
附录B  80-84
作者简历  84-88
学位论文数据集  88

轮轨相互作用力频谱成分研究

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