隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展,橋梁在線路中所占比重越來越大,車橋耦合問題顯的尤為重要。鐵路橋梁中車橋之間力的傳遞是通過輪軌接觸關(guān)系。不同的輪軌接觸力和輪軌間閃溫形成的熱應(yīng)力均能影響車橋耦合振動(dòng)。本文以某鐵路剛構(gòu)橋?yàn)楣こ瘫尘?在ANSYS中研究了不同摩擦系數(shù)和滑動(dòng)速度下的二維輪軌熱機(jī)耦合模型,修正了考慮溫度影響下的Mueller輪軌接觸關(guān)系,通過ANSYS和UM聯(lián)合仿真比較該輪軌接觸關(guān)系和Mueller輪軌接觸關(guān)系、Non-elliptical輪軌接觸關(guān)系對車橋耦合振動(dòng)的差異,驗(yàn)證了該接觸關(guān)系的合理性。同時(shí)也研究不同速度、車重、軌道不平順波長對車橋耦合振動(dòng)的影響,主要結(jié)論如下:(1)在不同的摩擦系數(shù)和滑動(dòng)速度作用下輪軌間溫度在540℃~900℃之間,輪軌間閃溫產(chǎn)形成的熱應(yīng)力能使輪軌接觸應(yīng)力增大的20.4%左右;熱結(jié)構(gòu)耦合場中的等效應(yīng)力和剪應(yīng)力均大于結(jié)構(gòu)場中的。輪軌間等效應(yīng)力和溫度均隨摩擦系數(shù)和滑動(dòng)速度的增大而增大。根據(jù)Carter二維接觸理論和力的等效原則,推導(dǎo)出溫度能使縱向蠕滑率增大0.45倍并修正了Mueller輪軌接觸關(guān)系中的縱向蠕滑率。在不同軸重、摩擦因數(shù)及滑動(dòng)速度下,輪軌剪應(yīng)力均呈“四葉草”狀分布且剪應(yīng)力最大值不在輪軌接觸表面。(2)三種不同輪軌接觸關(guān)系對橋梁的豎向振動(dòng)影響結(jié)果基本一致,但對橋梁橫向振動(dòng)的影響結(jié)果相差很大;三種不同的輪軌接觸關(guān)系對列車的豎向加速度和橫豎向平穩(wěn)性影響相對很小,對輪重減載率影響有一定影響,但是對列車的脫軌系數(shù)、橫向加速度及輪軌橫向力影響比較大。對比Mueller修正接觸關(guān)系和Mueller接觸關(guān)系對車橋耦合橫向振動(dòng)差異是因輪軌接觸斑內(nèi)的閃溫形成熱應(yīng)力的引起輪軌接觸面局部變形并產(chǎn)生剝蝕現(xiàn)象,改變輪軌型面的接觸狀態(tài),進(jìn)而導(dǎo)致輪軌接觸力發(fā)生改變。(3)橋梁的動(dòng)力響應(yīng)隨速度的增大而增大;列車的脫軌系數(shù)、輪軌橫向力及輪重減載率隨速度增大而增大,平穩(wěn)性指標(biāo)、垂向力及加速度隨速度增大變化不明顯。橋梁和列車的車橋耦合評價(jià)指標(biāo)均隨車重的增大而增大。軌道不平順波長對橋梁的橫向振動(dòng)影響相對較大,橋梁橫向振動(dòng)的敏感不平順波長在170m左右;軌道不平順波長對列車的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)影響均比較大且呈非線性變化。
【學(xué)位單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U211;U441.7;U448.23
【部分圖文】：

不同的輪接觸關(guān)系作用下會(huì)有不同的輪軌縱橫向力及自旋力矩，進(jìn)而影響車橋之間力的傳遞，最終影響車橋耦合之間的振動(dòng)[5]。現(xiàn)在的有輪軌接觸關(guān)系沒有把輪軌因摩擦產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫效應(yīng)考慮到輪軌接觸關(guān)系中，實(shí)際中列車行駛過程中因溫度產(chǎn)生的熱應(yīng)力達(dá)到機(jī)械應(yīng)力的 10%~30%[6-8]。這情況下不僅有軸重力作用在鋼軌上，而且還有因溫度作用產(chǎn)生的熱應(yīng)力作用鋼軌上，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致車橋耦合作用更加劇烈。因此研究輪軌接觸關(guān)系中溫度對輪軌力的影響就顯的至關(guān)重要。研究車橋耦合系統(tǒng)之間的動(dòng)力相互作用，首先有助于分析橋梁在列車行駛過程中的跨中橫豎向位移及加速度是否符合相關(guān)規(guī)范所允許的最大限度值。根據(jù)所得橋梁動(dòng)力響應(yīng)指標(biāo)的大小，得出橋梁在列車時(shí)變激勵(lì)荷載反復(fù)作用下最先受損的部位，從而為橋梁的維修加固及設(shè)計(jì)起到一定的參考作用[9-10]。其次對于列車的轉(zhuǎn)向架、一系及二系懸掛體系等進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，使列車的橫豎向振動(dòng)加速和脫軌系數(shù)降低，舒適度和安全性進(jìn)一步提高[11]。最后能加強(qiáng)對于橋梁和列車之間的動(dòng)態(tài)相互作用行為的認(rèn)識與理解，并掌握車橋耦合之間的作用規(guī)律，從而在橋梁和列車初始設(shè)計(jì)階段就把車橋耦合作用的規(guī)律考慮在內(nèi)，優(yōu)化設(shè)計(jì)車橋內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從降低車橋耦合振動(dòng)的影響[12]。綜上所述目前研究不同輪軌接觸關(guān)系下的車橋耦合振動(dòng)問題顯的尤為重要。

不同的輪接觸關(guān)系作用下會(huì)有不同的輪軌縱橫向力及自旋力矩，進(jìn)而影響車橋之間力的傳遞，最終影響車橋耦合之間的振動(dòng)[5]。現(xiàn)在的有輪軌接觸關(guān)系沒有把輪軌因摩擦產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫效應(yīng)考慮到輪軌接觸關(guān)系中，實(shí)際中列車行駛過程中因溫度產(chǎn)生的熱應(yīng)力達(dá)到機(jī)械應(yīng)力的 10%~30%[6-8]。這情況下不僅有軸重力作用在鋼軌上，而且還有因溫度作用產(chǎn)生的熱應(yīng)力作用鋼軌上，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致車橋耦合作用更加劇烈。因此研究輪軌接觸關(guān)系中溫度對輪軌力的影響就顯的至關(guān)重要。研究車橋耦合系統(tǒng)之間的動(dòng)力相互作用，首先有助于分析橋梁在列車行駛過程中的跨中橫豎向位移及加速度是否符合相關(guān)規(guī)范所允許的最大限度值。根據(jù)所得橋梁動(dòng)力響應(yīng)指標(biāo)的大小，得出橋梁在列車時(shí)變激勵(lì)荷載反復(fù)作用下最先受損的部位，從而為橋梁的維修加固及設(shè)計(jì)起到一定的參考作用[9-10]。其次對于列車的轉(zhuǎn)向架、一系及二系懸掛體系等進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，使列車的橫豎向振動(dòng)加速和脫軌系數(shù)降低，舒適度和安全性進(jìn)一步提高[11]。最后能加強(qiáng)對于橋梁和列車之間的動(dòng)態(tài)相互作用行為的認(rèn)識與理解，并掌握車橋耦合之間的作用規(guī)律，從而在橋梁和列車初始設(shè)計(jì)階段就把車橋耦合作用的規(guī)律考慮在內(nèi)，優(yōu)化設(shè)計(jì)車橋內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從降低車橋耦合振動(dòng)的影響[12]。綜上所述目前研究不同輪軌接觸關(guān)系下的車橋耦合振動(dòng)問題顯的尤為重要。

[30]。圖1.3 鋼軌頂面邊緣磨損 圖1.4 車輪踏面擦傷圖 1.5 我國臺灣地區(qū)列車事故現(xiàn)場 圖 1.6 列車穿過密集的住宅區(qū)1.3 車橋耦合的研究發(fā)展概述1.3.1 車橋耦合研究的歷史演進(jìn)車橋耦合顧名思義是研究橋梁與車輛之間的相互作用。當(dāng)車輛過橋時(shí)，由于橋面不平順或者車

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本文編號：2809251