不同轮轨接触模型在车桥耦合振动中的比较.docx

不同轮轨接触模型在车桥耦合振动中的比较以工程实例为研究对象，建立了整车一整桥系统耦合振动数值分析模型。考虑车轮的跳轨和挤密情况，建立了单边弹簧．阻尼系统弹性轮轨接触模型。采用基于多体系统动力学和有限元法结合的联合仿真技术，计算了两种轮轨接触时动车组列车以不同车速通过大跨度连续桥梁的耦合振动响应。目前主要采用传统动力学分析方法手工推导建立车辆动力学模型，本文采用多体系统动力学方法进行程式化的建模。以特定大跨连续桥为研究对象，考虑到车轮的跳轨和挤密情况，建立了单边弹簧．阻尼系统组成的弹性轮轨接触模型。利用SIMPACK和ANSYS联合仿真技术对桥梁在列车运行下车桥耦合振动进行了模拟分析，对弹性轮轨接触模型和约束轮轨接触模型的响应进行了对比，分析了其适用性。车桥耦合振动的研究通过对铁路提速现状中出现的部分桥梁的承载力及结构振动的特性不能满足提速要求的问题，提出进行车桥耦合振动研究的必要性、研究方法及其研究意义，以使既有桥梁技术改造决策更加科学，铁路提速更加安全可靠。尤其是列车线路经过桥梁时，高速列车通过桥跨结构会激起桥梁的振动，而桥梁的振动反过来又要影响车辆的振动。有些桥梁，列车通过时侧向晃动激剧，严重影响列车的安全平稳运行，列车限速过桥，使铁路运输能力不能充分地发挥。因此，为了增加铁路的竞争能力，提高行车速度，必须对列车走行下桥梁的振动响应及其车桥的相互作用进行深入研究车桥耦合振动问题的发展进程与研究现状列车通过桥梁时将引起桥梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动，这种相互作用、相互影响的问题就是车辆与桥梁之间的振动耦合问题。在二十世纪60年代以前，对于铁路桥梁振动的研究主要集中在简单移动荷载作用下的解析方法。计算机的出现和有限元法的应用，使得建立复杂的列车桥梁分析模型成为可能，从而使该方面的研究达到一个全新的起点。多年来列车桥梁振动的研究表明了这一问题的复杂性和困难性，随着高速铁路在世界各国的广泛修建和我国铁路的几次提速，列车高速过桥引起桥梁振动与低速情况有很大不同，因此，车桥动力分析问题也越来越吸引更多桥梁界人士的关注。在目前车辆模型的基础上，如何考虑悬挂非线性问题，列车的竖向振向模型、横向振动模型和空间振动模型都值得进一步研究。车桥耦合振动系统模型下桥梁冲击效应研究把桥梁和车辆看作车桥耦合振动体系的两个分离子系统，基于ANSYS软件建立了3种车辆和桥梁的有限元模型。考虑桥面不平度影响，以车轮与桥梁接触点的位移作为协调条件，采用分离迭代算法计算了车桥耦合系统的动力响应。采用快速傅立叶逆变换的方法，应用三角级数叠加模拟了5种等级的桥面不平度及其速度项。通过对一简支梁桥车桥耦合振动的数值模拟，研究了车辆模型、桥面状况和车速对桥梁冲击效应的影响。通过分析可知，不同车辆模型对桥梁的冲击效应有很大影响，精确考虑各种参数的复杂车辆模型对桥梁的冲击效应明显小于简化的普通车辆模型。桥面不平度对桥梁的冲击系数的影响很大，随着桥面状况的恶化，车桥耦合振动响应迅速增大，车辆对桥梁的冲击效应也显著提高。桥梁的冲击系数随车速呈波形变化，而不随车速的增加而单调增大。位移冲击系数大于弯矩冲击系数，设计时建议采用位移冲击系数为基准。多个车辆荷载作用下桥梁演变随机振动分析将桥梁简化为两端简支的欧拉一伯努利梁模型，考虑两自由度车辆移动系统，以桥面结构表面不平度功率谱密度函数作为输入，建立了多个移动车辆系统一桥的耦合力学分析模型。通过状态空间理论和演变随机过程一般理论，应用模态分析法，给出了整个车一桥耦合系统演变随机响应的求解方法，推导得到了桥梁截面位移和截面弯矩均方值响应和演变功率谱密度函数的理论公式，并结合算例分析，讨论了在不同桥梁跨度、不同桥面等级、不同车辆移动速度下桥梁跨中位移均方根值响应的变化规律。本文给出的分析方法可得到在实际车流作用下，整个车一桥耦合系统的演变随机振动，包括车辆和桥梁的随机响应，以及相应的理论公式。文中以桥面不平度的功率谱密度函数作为输入，建立的多个车～桥梁的耦合力学分析模型，通过状态空间理论和演变随机过程的一般理论，给出了求解整个系统随机响应的方法，推导得到了桥梁截面位移和截面弯矩均方值响应和演变功率谱密度函数的理论公式。高速铁路车桥耦合轮轨接触几何关系与接触力的理论推导本文以接触力学为基础，运用了泰勒级数及小变形理论的假设，并且结合车桥耦合接触过程中的轮轨相互挤压的变形实际情况，推导了轮轨接触几何关系。基于弹性力学及Hertz理论，运用了坐标系间的转换关系及椭圆积分理论和弹性比拟法，推导了轮轨间的法向接触力。通过弹性力学与接触力学与轮轨接触关系相互结合，可以推导出可用于高速铁路车桥耦合相互作用的轮轨接触几何关系和轮轨接触力。基于ANSYS的公路复杂桥梁车桥耦合动力分析方法针对复杂桥梁的车桥耦合振动数值分析，本文献提出了采