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能量法在车辆—轨道系统垂向振动分析中的应用

伍曾  
【摘要】:本文针对传统轮轨动力学研究中存在轨道结构参数众多、难以对车辆-轨道系统动力学性能进行评价的问题,提出了将能量法应用于车辆-轨道系统振动研究中,建立了相应的分析方法并进行了理论分析及部分试验研究。论文主要研究内容如下: (1)初步建立了能量法在车辆-轨道系统振动研究中的基本理论与方法 在现有能量方法的基础上,应用最小势能原理建立系统的振动方程,并组建振动方程的质量、刚度、阻尼矩阵和荷载列阵,用数值积分法求解振动方程,将3种无砟轨道(CRTSⅠ型双块式、CRTSⅠ型板式、CRTSⅡ型板式)各部分的振动位移、加速度和扣件动静刚度比的理论计算结果与现场测试值进行对比,在一定程度上证明了势能驻值原理组建车辆-轨道系统振动方程的正确性及可行性。 (2)用能量法求解振动方程 用Newton法构造系统的应变势能、动能插值函数,再用构造出的应变势能、动能求解振动方程。将能量法求解方法与数值积分法进行比较,指出能量法求解振动方程的优劣,并编制出了能量法求解车辆-轨道系统振动方程的计算程序。 (3)建立了评价车辆-轨道系统动力学性能的能量判据 基于统计能量原理,定义了两个能量判据参数,即轨道能量变化比和轨道相对能量变化比,提出了采用能量判据参数进行动力学性能评价的方法和步骤,并对不同轨道刚度组合下车辆-轨道系统动力学性能进行了评价分析。 (4)将能量判据应用于铁路轨道选型中,评价了各种无砟轨道在不同速度区间的适用情况 提出了应用能量判据对无砟轨道进行选型的方法和步骤,评价出了4种无砟轨道(CRTSⅠ型双块式、CRTSⅠ型板式、CRTSⅡ型板式、弹性支承块式)在不同速度区间的适用情况,并给出了各种无砟轨道能量判据参数所对应的允许极值。 (5)计算出车辆-轨道系统各部分动力响应变化的规律及其与能量的关系 计算分析车辆-轨道系统各部分的振动位移、速度、加速度和轨道动静刚度比随车速的变化规律,找出了系统各部分动力响应与能量变化间的关系。


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