大轴重重载列车作用下钢桥动力性能研究

发布时间：2017-06-06 22:15

  本文关键词：大轴重重载列车作用下钢桥动力性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铁路重载运输在大宗和长距离的货运方面具有显著经济性,已经成为世界铁路运输主要发展方向之一。随着我国客运专线路网的建设和投入使用,通过对既有铁路进行适当强化改造,发展重载运输,提高货运能力,将是我国铁路运输的主要发展方向之一。随着荷载的加重,车辆与桥梁的相互作用问题尤为突出,桥梁结构具有跨度大、刚度小的特点,在受到动力冲击时,振动效应尤为明显,并反过来作用在通过的车辆上,影响列车运行的平稳性和安全性,形成了车桥耦合系统。车桥耦合问题是一个集时变性、非线性和随机性于一体的复杂的动力学问题。本文采用更符合实际情况的车桥耦合系统空间模型,在此空间模型的基础上建立了具有27自由度的车辆运动方程和桥梁结构的有限元动力学方程。此外,考虑轮轨接触力,建立车桥系统总方程,在轨道不平顺激励下和各种的假设下,采用数值方法模拟一段时域样本来代表整个的随机运行过程,将模拟得到的时域样本输入车桥总系统,运用数值解法,即逐步积分法编写程序以进行数值计算并获得系统响应随时间变化的历程。车桥耦合系统的动力学方程中的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵都是随时间变化的矩阵,即关于时间的函数。同时,矩阵的结构也在随时间不断变化,这导致在程序中每一个不同时间步长内的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵必须重新形成,这体现了车桥耦合系统问题的实质特点,同时也反应了此类问题的复杂性。本文通过分析各种因素对车桥响应在时域方面的影响的分析,总结了一些有价值的结论,这些结论可以应用于桥梁结构设计和对未建桥梁进行的动力学行车模拟及安全评估,并且在列车提速和桥上行车速度的控制方面也具有实际的指导意义。此外,本文计算所得的理论数据为桥梁结构振动控制和动力性能分析及加固问题提供可靠的参考资料,为列车的安全运行和乘车的舒适性、平稳性提供参考。
【关键词】：车桥耦合 轨道不平顺 动力有限元 逐步积分法 动力响应
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 论文背景及研究意义11-12
• 1.2 国外重载列车运输现状12-15
• 1.3 国内重载运输发展现状15-17
• 1.4 论文主要工作17-19
• 2 车桥模型及运动方程建立19-37
• 2.1 车辆模型及方程的建立19-21
• 2.1.1 车辆模型19-20
• 2.1.2 模型的基本假设20
• 2.1.3 建立车辆运动方程20-21
• 2.1.4 本节小结21
• 2.2 桥梁模型及方程建立21-27
• 2.2.1 桥梁模型及假定22
• 2.2.2 桥梁方程22-23
• 2.2.3 桥梁有限元23-27
• 2.2.4 本节小结27
• 2.3 桥梁与轮对位移关系27-32
• 2.3.1 桥梁与轮对位移关系式27-28
• 2.3.2 轨道不平顺功率谱28-29
• 2.3.3 轨道不平顺模拟29-32
• 2.3.4 本节小结32
• 2.4 方程组求解32-37
• 2.4.1 逐步积分法32-34
• 2.4.2 单时间步程序流程图34-35
• 2.4.3 车桥耦合振动分析工况35-37
• 3 钢桥动力性能计算结果分析37-81
• 3.1 桥梁响应因素分析37-48
• 3.1.1 行车速度与桥梁响应的关系37-39
• 3.1.2 车辆编组数与桥梁响应的关系39-43
• 3.1.3 桥梁跨距与桥梁响应的关系43-44
• 3.1.4 轨道不平顺与桥梁响应的关系44-48
• 3.2 钢桁梁桥结果分析48-64
• 3.2.1 32m双线钢桁梁桥结果分析48-52
• 3.2.2 48m钢桁梁桥结果分析52-56
• 3.2.3 64m单线钢桁梁桥结果分析56-60
• 3.2.4 64m双线钢桁梁桥结果分析60-64
• 3.3 钢板梁桥结果分析64-81
• 3.3.1 19m钢板梁桥结果分析64-68
• 3.3.2 24m钢板梁桥结果分析68-72
• 3.3.3 32m钢板梁桥结果分析72-76
• 3.3.4 40m钢板梁桥结果分析76-81
• 4 结论81-85
• 4.1 钢桥结果总结81-82
• 4.2 钢桥结果超出规范限值原因82-83
• 4.3 重载列车运行建议83
• 4.4 展望83-85
• 参考文献85-87
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果87-91
• 学位论文数据集91

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