客运专线曲线线路车线耦合系统动力学性能与无碴轨道结构振动响应的仿真研究
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摘要
本文在以往车线耦合系统动力学模型研究的基础上，系统地分析了系统中各部分的运动状态，分别建立了机车车辆、普通曲线线路、无碴轨道结构的力学模型，并对轨道不平顺的数学描述进行了简要论述，对轮轨接触的相互作用问题作了分析，提出了采用有限元方法求解滚动接触过程的轮轨接触模型。求解过程中采用显式算法，并应用罚函数接触方法的约束增强方法、用于判断接触状态的接触表面权重算法和搜索算法、相应的滑移算法。
对有碴轨道和无碴轨道车线耦合系统分别进行了仿真计算，并将仿真结果和试验结果进行了对比。通过对比分析，可以认为本文建立的车辆模型、有碴轨道结构模型、无碴轨道结构模型能够较好地反映车线系统的动力特性，仿真计算结果基本符合实际情况。
对客运专线曲线线路车线耦合系统动力学性能进行了系统性的仿真研究，分析了300km／h动力分散式动车组曲线线路耦合系统的动力学性能，得到了曲线线路耦合系统振动响应。
利用所建立的客运专线无碴轨道结构车线耦合系统仿真模型，对土质路基上的板式、双块式无碴轨道结构在300km／h动车组以200～350km／h的速度通过时的振动响应进行了仿真计算，并对仿真计算结果进行了系统的分析，比较了板式、双块式无碴轨道结构动力特性的异同，最后量化分析了有碴轨道、板式、双块式无碴轨道的弹性差异。
In the thesis, based on the dynamic model research of formerly vehicle-track coupling system, the motion state of each part of the system is analyzed in particular. The dynamic models of vehicle structure, curve ballasted track structure, ballastless track structure are built separately. Mathematical analysis about track irregularity is simply introduced. Rail/wheel contact interaction is expatiated, and then rail/wheel contact model adopting FEM to calculated rolling contact progress is brought forward. Explicit method is used for calculation, and contact constraints are enforced with the contact penalty function method, contact surface weighting method & tracking approach are used to judged contact state, contact tangent action is described by corresponding sliding formulation.
The vehicle-track coupling systems of ballasted track and ballastless track are simulated respectively. By contrasting the simulation result with test data, the models in the thesis can better reflect the dynamic characteristics of vehicle-track coupling systems. Simulation results are close to actual data.
The dynamic characteristics of vehicle-track coupling system on curved track of passenger traffic railway are simulated systematically. The dynamic characteristics of the coupling system between 300km/h motor train unit with diversified power supply and the curve track are analyzed. Vibration response of curve track coupling system is obtained.
By means of vehicle-track coupling system models of ballastless track structure on passenger traffic railway, when 300km/h motor train unit passes by with the velocity of 200-350km/h, the vibration responses of slab & twin-block ballastless track structure on soil subgrade are simulated. The simulated result is analyzed systematically, and the similarities and differences of the dynamic characteristics between slab and twin-block ballastless track structure are compared. The quantized analysis of the elastic difference among ballasted track, slab ballastless track and double ballastless track is carried out.
对有碴轨道和无碴轨道车线耦合系统分别进行了仿真计算，并将仿真结果和试验结果进行了对比。通过对比分析，可以认为本文建立的车辆模型、有碴轨道结构模型、无碴轨道结构模型能够较好地反映车线系统的动力特性，仿真计算结果基本符合实际情况。
对客运专线曲线线路车线耦合系统动力学性能进行了系统性的仿真研究，分析了300km／h动力分散式动车组曲线线路耦合系统的动力学性能，得到了曲线线路耦合系统振动响应。
利用所建立的客运专线无碴轨道结构车线耦合系统仿真模型，对土质路基上的板式、双块式无碴轨道结构在300km／h动车组以200～350km／h的速度通过时的振动响应进行了仿真计算，并对仿真计算结果进行了系统的分析，比较了板式、双块式无碴轨道结构动力特性的异同，最后量化分析了有碴轨道、板式、双块式无碴轨道的弹性差异。
In the thesis, based on the dynamic model research of formerly vehicle-track coupling system, the motion state of each part of the system is analyzed in particular. The dynamic models of vehicle structure, curve ballasted track structure, ballastless track structure are built separately. Mathematical analysis about track irregularity is simply introduced. Rail/wheel contact interaction is expatiated, and then rail/wheel contact model adopting FEM to calculated rolling contact progress is brought forward. Explicit method is used for calculation, and contact constraints are enforced with the contact penalty function method, contact surface weighting method & tracking approach are used to judged contact state, contact tangent action is described by corresponding sliding formulation.
The vehicle-track coupling systems of ballasted track and ballastless track are simulated respectively. By contrasting the simulation result with test data, the models in the thesis can better reflect the dynamic characteristics of vehicle-track coupling systems. Simulation results are close to actual data.
The dynamic characteristics of vehicle-track coupling system on curved track of passenger traffic railway are simulated systematically. The dynamic characteristics of the coupling system between 300km/h motor train unit with diversified power supply and the curve track are analyzed. Vibration response of curve track coupling system is obtained.
By means of vehicle-track coupling system models of ballastless track structure on passenger traffic railway, when 300km/h motor train unit passes by with the velocity of 200-350km/h, the vibration responses of slab & twin-block ballastless track structure on soil subgrade are simulated. The simulated result is analyzed systematically, and the similarities and differences of the dynamic characteristics between slab and twin-block ballastless track structure are compared. The quantized analysis of the elastic difference among ballasted track, slab ballastless track and double ballastless track is carried out.
引文
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