车辆—轨道耦合系统随机振动分析论文.pdf

西南交通大学博士研究生学位论文车辆。轨道耦合系统随机振动分析摘要本论文运用车辆、轨道耦合大系统思想,?的基础上,,将轨道高低、水平、方向和轨距四种不平顺视为平稳的各态历经随机过程,进行了车辆、轨道系统垂向和横向的随机振动分析,仿真计算了250km/h速度域的高速铁路轨道不平顺管理的安全目标值,同时也探讨我国干线轨道谱与国外典型轨道谱的区别与联系。俱体说来, 本论文在以下几方面进行了系统的研究。 ,其振动形式主要表现为在轨道不平顺激扰下的受迫振动。所以,本文首先研究了轨道不平顺激扰函数。大量测试工作表明,轨道不平顺是随里程变化的随机过程。在不失一般性的前提下, 本文将轨道高低、水平、方向和轨距四种不平顺视为平稳的各态历经高斯随机过程,并且在频域里用功率谱密度对其统计特征进行了描述,详细介绍了目前国内外各种轨道谱。同时,本文提出了~种实现轨道不平顺时频转换的方法。数值试验表明,该方法较其它方法更为简洁有效。轨道不平顺的时频转换为在时域利用数值积分法进行车辆、轨道随机振动分析提供了激扰函数。 ?,将轨道不平顺功率谱直接作为输入, 在频域进行了车辆、轨道系统垂向随机振动响应分析,着重进行了下面三个方面的研究。①比较了客车和货车随机响应规律;②探讨了1m以下的轨面垂向短波不平顺对车辆、轨道随机振动响应的影响,结果表明,不考虑短波不平顺的影响,将无法准确分析轮轨系统的中、高频随机响应。③,结果表明,传统车辆模型仅适合研究车辆系统的低频振动,而耦合模型可适用于研究O~1000Hz频率范围内的车辆、轨道随机振动。 、轨道垂向和横向振动的车辆一轨道垂横耦合模型。在模型中,详细考虑了轮轨空间动态接触几何模型、轮轨法向正压力模型和轮轨切向蠕滑力模型。在轮轨空间动态接触几何关系的研究中,打破了传统求解轮轨接触关系的轮轨始终接触和轮轨刚性接触的假设,避免了迭代轮对侧滚角,而只需将方程中计算得到的轮对侧滚角直接代入接触程序,通过一次计算即可得到左右轮轨的接触位置。同时还考虑了钢轨的横向、垂向和扭转运动以及轨道不平顺对接触几何关系的影响。在轮轨法向力求解模型中,运用轮轨非线性赫兹接触理论,通过与轮轨动第l页摘要态接触几何程序巧妙配合,简洁地获得每时刻左右轮轨法向压缩量,从而快速求取了轮轨法向力,使轮轨法向力和切向蠕滑力的计算分开,避免了轮轨法向力的迭代求解。该求解方法不仅计算速度迅速而且可以准确计算轮轨瞬时脱离的情形,因而较传统车辆动力学的求解方法更为完善简捷。在轮轨蠕滑力模型中,首先按Kalker线性理论确定蠕滑力,然后再按 Johnson—Vermulen方法进行非线性修正。在纵向、横向和自旋蠕滑率的求解中, 充分考虑了轨道不平顺变化速度和钢轨振动速度的影响。 。首先与国际著名软件NUCARS和SIMPACK进行了仿真计算比较;其次与三大线路试验进行了对比;最后分别利用单一垂向耦合模型和集垂向和横向为一体的垂横耦合模型,比较了它们所求解的车辆和轨道系统的垂向随机响应。,从而为车辆一轨道垂横耦合模型的运用奠定了基础。 ,所以进行随机振动分析时,唯一有效的方法就是时域数值积分法,即将轨道不平顺时域样本从轮轨界面输入系统,通过数值积分即可获取系统随机响应时间历程,再通过周期图法便可获取随机响应功率谱。本文详细比较了车辆和轨道垂向和横向随机振动特性,并且分析了轨道高低、水平、方向和轨距不平顺对车辆和轨道横向随机响应的影响规律顺进行良好的管理,在普通轨道上可以达到相当高的运行速度。本论文针对长春客车厂生产的250krrdh高速客车,在同时考虑多种波长并存的情况下,对高速铁路轨道不平顺的安全限值进行了研究。 【841,通过仿真计算,比较了在我国干线轨道谱和几种典型的国外轨道谱的激振下,车辆动力响应的差别,从而弄清我国干线谱与国外典型轨道谱的区别和联系:、7 【关键词】:铁道车辆,轨道,耦合动力学,随机振动,轨道不平顺第Ⅱ页’西南交通大学博士研究生学位论文 The Analysis on Random Vibration ofVehicle/Track Coupling System Abstract Inthispaper,the coupling