不同轮轨接触关系对刚构桥的车桥耦合影响研究

发布时间：2020-08-31 19:55

　　 随着我国高速铁路的快速发展,桥梁在线路中所占比重越来越大,车桥耦合问题显的尤为重要。铁路桥梁中车桥之间力的传递是通过轮轨接触关系。不同的轮轨接触力和轮轨间闪温形成的热应力均能影响车桥耦合振动。本文以某铁路刚构桥为工程背景,在ANSYS中研究了不同摩擦系数和滑动速度下的二维轮轨热机耦合模型,修正了考虑温度影响下的Mueller轮轨接触关系,通过ANSYS和UM联合仿真比较该轮轨接触关系和Mueller轮轨接触关系、Non-elliptical轮轨接触关系对车桥耦合振动的差异,验证了该接触关系的合理性。同时也研究不同速度、车重、轨道不平顺波长对车桥耦合振动的影响,主要结论如下:(1)在不同的摩擦系数和滑动速度作用下轮轨间温度在540℃~900℃之间,轮轨间闪温产形成的热应力能使轮轨接触应力增大的20.4%左右;热结构耦合场中的等效应力和剪应力均大于结构场中的。轮轨间等效应力和温度均随摩擦系数和滑动速度的增大而增大。根据Carter二维接触理论和力的等效原则,推导出温度能使纵向蠕滑率增大0.45倍并修正了Mueller轮轨接触关系中的纵向蠕滑率。在不同轴重、摩擦因数及滑动速度下,轮轨剪应力均呈“四叶草”状分布且剪应力最大值不在轮轨接触表面。(2)三种不同轮轨接触关系对桥梁的竖向振动影响结果基本一致,但对桥梁横向振动的影响结果相差很大;三种不同的轮轨接触关系对列车的竖向加速度和横竖向平稳性影响相对很小,对轮重减载率影响有一定影响,但是对列车的脱轨系数、横向加速度及轮轨横向力影响比较大。对比Mueller修正接触关系和Mueller接触关系对车桥耦合横向振动差异是因轮轨接触斑内的闪温形成热应力的引起轮轨接触面局部变形并产生剥蚀现象,改变轮轨型面的接触状态,进而导致轮轨接触力发生改变。(3)桥梁的动力响应随速度的增大而增大;列车的脱轨系数、轮轨横向力及轮重减载率随速度增大而增大,平稳性指标、垂向力及加速度随速度增大变化不明显。桥梁和列车的车桥耦合评价指标均随车重的增大而增大。轨道不平顺波长对桥梁的横向振动影响相对较大,桥梁横向振动的敏感不平顺波长在170m左右;轨道不平顺波长对列车的动力学指标影响均比较大且呈非线性变化。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U211;U441.7;U448.23
【部分图文】：

不同的轮接触关系作用下会有不同的轮轨纵横向力及自旋力矩，进而影响车桥之间力的传递，最终影响车桥耦合之间的振动[5]。现在的有轮轨接触关系没有把轮轨因摩擦产生的瞬时高温效应考虑到轮轨接触关系中，实际中列车行驶过程中因温度产生的热应力达到机械应力的 10%~30%[6-8]。这情况下不仅有轴重力作用在钢轨上，而且还有因温度作用产生的热应力作用钢轨上，结果会导致车桥耦合作用更加剧烈。因此研究轮轨接触关系中温度对轮轨力的影响就显的至关重要。研究车桥耦合系统之间的动力相互作用，首先有助于分析桥梁在列车行驶过程中的跨中横竖向位移及加速度是否符合相关规范所允许的最大限度值。根据所得桥梁动力响应指标的大小，得出桥梁在列车时变激励荷载反复作用下最先受损的部位，从而为桥梁的维修加固及设计起到一定的参考作用[9-10]。其次对于列车的转向架、一系及二系悬挂体系等进一步优化设计，使列车的横竖向振动加速和脱轨系数降低，舒适度和安全性进一步提高[11]。最后能加强对于桥梁和列车之间的动态相互作用行为的认识与理解，并掌握车桥耦合之间的作用规律，从而在桥梁和列车初始设计阶段就把车桥耦合作用的规律考虑在内，优化设计车桥内部结构设计，从降低车桥耦合振动的影响[12]。综上所述目前研究不同轮轨接触关系下的车桥耦合振动问题显的尤为重要。

不同的轮接触关系作用下会有不同的轮轨纵横向力及自旋力矩，进而影响车桥之间力的传递，最终影响车桥耦合之间的振动[5]。现在的有轮轨接触关系没有把轮轨因摩擦产生的瞬时高温效应考虑到轮轨接触关系中，实际中列车行驶过程中因温度产生的热应力达到机械应力的 10%~30%[6-8]。这情况下不仅有轴重力作用在钢轨上，而且还有因温度作用产生的热应力作用钢轨上，结果会导致车桥耦合作用更加剧烈。因此研究轮轨接触关系中温度对轮轨力的影响就显的至关重要。研究车桥耦合系统之间的动力相互作用，首先有助于分析桥梁在列车行驶过程中的跨中横竖向位移及加速度是否符合相关规范所允许的最大限度值。根据所得桥梁动力响应指标的大小，得出桥梁在列车时变激励荷载反复作用下最先受损的部位，从而为桥梁的维修加固及设计起到一定的参考作用[9-10]。其次对于列车的转向架、一系及二系悬挂体系等进一步优化设计，使列车的横竖向振动加速和脱轨系数降低，舒适度和安全性进一步提高[11]。最后能加强对于桥梁和列车之间的动态相互作用行为的认识与理解，并掌握车桥耦合之间的作用规律，从而在桥梁和列车初始设计阶段就把车桥耦合作用的规律考虑在内，优化设计车桥内部结构设计，从降低车桥耦合振动的影响[12]。综上所述目前研究不同轮轨接触关系下的车桥耦合振动问题显的尤为重要。

[30]。图1.3 钢轨顶面边缘磨损 图1.4 车轮踏面擦伤图 1.5 我国台湾地区列车事故现场 图 1.6 列车穿过密集的住宅区1.3 车桥耦合的研究发展概述1.3.1 车桥耦合研究的历史演进车桥耦合顾名思义是研究桥梁与车辆之间的相互作用。当车辆过桥时，由于桥面不平顺或者车

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本文编号：2809251