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轮轨垂向高频振动的研究

作　者: 张永利
导　师: 魏伟
学　校: 大连交通大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 车辆-轨道垂向耦合动力学高频振动轮轨接触 Euler梁 Timoshenko梁模态叠加法
分类号: U211.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 370次
引　用: 4次
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内容摘要

铁路运输的发展极大的促进了国民经济的进步。随着改革开放与经济的发展,铁路的高速化、重载化已经势在必行。为适应当前形势的发展,铁路进行了5次大提速。铁路的高速化及重载化,大大加剧了车辆-轨道系统的冲击与振动;同时,铁路噪声污染也日益严重,给乘客及铁路沿线居民的身体健康造成很大的影响。本文针对当前出现的问题,在高频范围内,对轮轨之间的相互动力作用进行了一些实质性的探讨。本文运用车辆、轨道耦合大系统的思想,在车辆-轨道垂向耦合振动模型的基础上建立了车辆-轨道垂向耦合高频振动 Timoshenko梁模型;并建立了车辆与轨道的振动微分方程。利用模态叠加法求出钢轨的振动响应,运用快速积分方法编制仿真程序。运用本仿真程序的仿真结果与基于Euler梁模型的仿真结果和Zhai在1996年的实验结果进行比较,验证了本程序的正确性。对脉冲激励如低接头、扁疤速度及位移激励、谐波等几种常见的不平顺激扰情况下,在截止频率为5000Hz时,对轮轨之间的动态响应进行仿真分析。并把仿真的结果与Euler梁模型的仿真结果进行比较分析。在预测具有高频成分的轮轨振动时,Timoshenko梁比Euler梁具有更好的高频特性;预测轮轨噪声时,Timoshenko梁更加适合。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-20
  1.1 引言  9-10
  1.2 问题的提出  10-11
  1.3 车辆-轨道系统垂向耦合动力学概述  11-13
    1.3.1 车辆-轨道耦合动力学的基本思想  11-12
    1.3.2 车辆-轨道垂向耦合动力学的基本概述  12-13
  1.4 国内外车辆-轨道垂向耦合动力学研究动态  13-17
    1.4.1 计算机彷真是研究车辆-轨道耦合动力学的必然趋势  13-14
    1.4.2 车辆-轨道垂向耦合动力学的现状  14-15
    1.4.3 当前车辆-轨道垂向耦合振动研究存在的缺陷和不足  15-17
  1.5 研究问题采用的方法  17-18
  1.6 研究车辆-轨道垂向高频相互动态响应的意义  18
  1.7 本文的主要内容  18-19
  本章小结  19-20
第二章车辆-轨道动力学模型及数值分析方法  20-52
  2.1 概述  20
  2.2 轨道系统模型的发展  20-31
  2.3 车辆系统模型的发展  31-33
  2.4 车辆-轨道系统垂向耦合统一模型的建立  33-49
    2.4.1 传统的车辆-轨道垂向耦合模型  33-34
    2.4.2 本文的车辆-轨道垂向耦合振动模型  34-35
    2.4.3 车辆振动微分方程  35-39
    2.4.4 钢轨的振动微分方程  39-47
    2.4.5 轨枕的振动微分方程  47
    2.4.6 道床的振动微分方程  47-49
  2.5 车辆-轨道垂向耦合关系  49-51
  2.6 数值分析方法  51
  本章小结  51-52
第三章车辆-轨道系统的激励类型  52-60
  3.1 概述  52
  3.2 车辆-轨道系统的激励源  52-54
    3.2.1 轨道几何不平顺  52-53
    3.2.2 钢轨接头状态引发的不平顺及轨下基础的缺陷  53-54
    3.2.3 车辆本身的缺陷  54
  3.3 几种常见的激励及其模型  54-59
    3.3.1 车轮扁疤  54-57
    3.3.2 低接头  57-58
    3.3.3 谐波激扰  58-59
  本章小结  59-60
第四章仿真程序的编制与验证  60-71
  4.1 模态数与钢轨固有频率的关系  60-61
  4.2 程序的编制  61-63
  4.3 程序验证  63-67
    4.3.1 与实验结果进行比较  63-64
    4.3.2 与Euler计算结果的比较  64-65
    4.3.3 不同截止频率时与Euler梁仿真结果的比较  65-67
  4.4 钢轨低接头动态响应  67-70
  本章小结  70-71
第五章轮轨垂向耦合高频振动  71-95
  5.1 概述  71
  5.2 轨道低接头条件下轮轨动力响应  71-75
    5.2.1 车辆速度对轮轨相互动力作用的影响  71-73
    5.2.2 总折角对轮轨动态响应的影响  73-75
    5.2.3 轮轨力频率成分及其与Euler梁结果的比较  75
  5.3 车轮扁疤激励下轮轨动力作用  75-82
    5.3.1 初速度激励下轮轨动力作用  76-79
    5.3.2 位移激励下轮轨动力响应  79-82
  5.4 单一谐波不平顺对轮轨动态响应  82-88
    5.4.1 车速对轮轨动力响应的影响  82-84
    5.4.2 波长对轮轨动力响应的影响  84-86
    5.4.3 波深变化对轮轨之间动态响应的影响  86-88
  5.5 连续谐波不平顺对轮轨动态响应的影响  88-93
    5.5.1 车速对轮轨动力响应的影响  89
    5.5.2 波长对轮轨动力响应的影响  89-90
    5.5.3 波深变化对轮轨之间动态响应的影响  90-91
    5.5.4 与Euler梁模型仿真结果的比较  91-93
  5.6 Euler梁和Timoshenko梁结果上主要区别  93-94
  本章小结  94-95
第六章结论与展望  95-97
致谢  97-98
参考文献  98-103
攻读硕士学位期间发表的学术论文  103-104
附录  104-105

轮轨垂向高频振动的研究

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