扣件胶垫温变特性对车辆-轨道垂向耦合动力响应的影响分析
发布时间：2020-12-10 04:28
为了更加科学的表征扣件系统的温变力学特性,以此实现车辆-轨道耦合振动的精确预测,以高速铁路WJ-7B型常阻力扣件的扣件胶垫为研究对象,采用动态力学分析仪对扣件胶垫进行温度扫描试验,将试验所得的模型参数与基于格林函数法建立车辆-轨道垂向耦合动力学分析模型相结合,采用虚拟激励法分析扣件胶垫温变对车辆、轨道的结构振动响应的影响规律。计算结果表明:扣件胶垫的模量值和损耗因子具有明显的低温敏感性;扣件胶垫的温变特性对车体的振动响应基本无影响;转向架、轮轨力、轮对、钢轨在中频段内的振动响应峰值频率随温度降低均向右迁移,峰值减小;扣件胶垫的刚度和损耗因子在玻璃化转变区数值较大,导致轮轨耦合系统的刚度和损耗因子均较大,表现为振动主频的右移和高频振动响应的衰减。
【文章来源】：噪声与振动控制. 2020年03期 第194-199+206页
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
轮对加速度功率谱
图7、图8分别为轮对、钢轨的加速度功率谱。由图7可知，五种工况对轮对加速度功率谱和轮轨力的影响规律类似，轮对加速度功率谱峰值主频随着温度的降低而增大，低频段温度越高轮对加速度功率谱幅值越大，中频段温度越高轮对加速度功率谱幅值越小，高频段温度越高轮对加速度功率谱幅值越大。由图8可知，五种工况对钢轨加速度功率谱的影响规律与轮对有所不同，在全频段内，扣件胶垫温变对钢轨加速度功率谱均有影响；在45 Hz以内，扣件胶垫温度越高，钢轨加速度功率谱幅值就会越大，这是由于刚度和损耗因子均会对钢轨导纳产生抑制作用，扣件胶垫的刚度和损耗因子随着温度的升高而减小，刚度和损耗因子减小均对低频段的钢轨导纳抑制作用减小，进而导致钢轨加速度功率谱幅值随扣件胶垫温度升高而增大；在44 Hz～81Hz范围内，钢轨加速度功率谱的峰值主频随扣件胶垫温度的降低，从44.6 Hz向右迁移至80 Hz；在中高频段，五种工况对钢轨加速度功率谱的影响规律与轮对相似；五种工况下，工况二、三、四、五的钢轨加速度功率谱曲线较为接近，工况一与其他工况相比偏差较大，如五种工况钢轨加速度功率谱峰值主频分别为80.9 Hz、56.9 Hz、50.6 Hz、48.3 Hz、44.5 Hz，这是由于扣件胶垫具有低温敏感的力学特性，在玻璃化转变温度以上，随着温度的降低，扣件胶垫的刚度和损耗因子急剧增加，进而导致温度越低对钢轨加速度功率谱曲线的影响就越大；在高频段，扣件胶垫温变对钢轨的钢轨加速度功率谱的影响规律与轮轨力、轮对类似，这是由于扣件的刚度和损耗因子随温度升高而减小，刚度主要对中频段内耦合系统1阶共振频率的迁移及其峰值有明显影响，损耗因子对全频段耦合系统动力响应幅值具有抑制作用，进而导致耦合系统动力响应在高频段随温度升高整体呈现增大趋势。3 结语
钢轨扣件胶垫在（-60～40）°C范围内的模量值如图2(a）所示。在-45°C以下，扣件胶垫的储能模量试验值随温度升高而小幅下降，耗能模量试验值随温度升高而增大，此时在低温下处于玻璃态，储能模量较大；随着温度的升高，扣件胶垫模量值和损耗因子均迅速降低，且下降速度逐渐减小，模量值和损耗因子的试验值曲线趋于平缓。扣件胶垫的损耗因子在-45.7°C左右存在明显的峰值（如图2(b）所示），此温度点为玻璃化转变温度，该温度点附近温度带处于材料的玻璃化转变区（玻璃态向橡胶态转变的温度区间）[9]。由于扣件胶垫中参与车辆-轨道耦合振动计算的参数是刚度、损耗因子和复刚度，因此需要将模量值按照材料的结构尺寸转化为刚度值（如图2(c）所示），计算方法见式（1）；将扣件胶垫的刚度值与损耗因子复合为复刚度，计算方法见式（2），对复刚度进行取模，可得其数值随温度变化的关系（如图2(d）所示）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扣件FVMP模型的车-轨耦合随机振动分析[J]. 刘林芽,卢沛君,秦佳良. 铁道学报. 2019(05)
[2]基于动柔度法的车-线-桥垂向耦合振动分析[J]. 石广田,杨建近,杨新文,张小安. 中南大学学报(自然科学版). 2017(04)
[3]极寒状态下扣件胶垫刚度温变特性及影响研究[J]. 刘子煊,葛辉,王平,张攀. 铁道标准设计. 2017(03)
[4]基于分数导数的橡胶材料两种粘弹性本构模型[J]. 赵永玲,侯之超. 清华大学学报(自然科学版). 2013(03)
硕士论文
[1]高铁无砟轨道扣件系统弹性垫板温/频变动力特征及其影响研究[D]. 张攀.西南交通大学 2016
[2]高速车辆—桥梁耦合振动与高架桥梁结构噪声预测研究[D]. 杨建近.兰州交通大学 2015
本文编号：2908082
【文章来源】：噪声与振动控制. 2020年03期 第194-199+206页
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
轮对加速度功率谱
图7、图8分别为轮对、钢轨的加速度功率谱。由图7可知，五种工况对轮对加速度功率谱和轮轨力的影响规律类似，轮对加速度功率谱峰值主频随着温度的降低而增大，低频段温度越高轮对加速度功率谱幅值越大，中频段温度越高轮对加速度功率谱幅值越小，高频段温度越高轮对加速度功率谱幅值越大。由图8可知，五种工况对钢轨加速度功率谱的影响规律与轮对有所不同，在全频段内，扣件胶垫温变对钢轨加速度功率谱均有影响；在45 Hz以内，扣件胶垫温度越高，钢轨加速度功率谱幅值就会越大，这是由于刚度和损耗因子均会对钢轨导纳产生抑制作用，扣件胶垫的刚度和损耗因子随着温度的升高而减小，刚度和损耗因子减小均对低频段的钢轨导纳抑制作用减小，进而导致钢轨加速度功率谱幅值随扣件胶垫温度升高而增大；在44 Hz～81Hz范围内，钢轨加速度功率谱的峰值主频随扣件胶垫温度的降低，从44.6 Hz向右迁移至80 Hz；在中高频段，五种工况对钢轨加速度功率谱的影响规律与轮对相似；五种工况下，工况二、三、四、五的钢轨加速度功率谱曲线较为接近，工况一与其他工况相比偏差较大，如五种工况钢轨加速度功率谱峰值主频分别为80.9 Hz、56.9 Hz、50.6 Hz、48.3 Hz、44.5 Hz，这是由于扣件胶垫具有低温敏感的力学特性，在玻璃化转变温度以上，随着温度的降低，扣件胶垫的刚度和损耗因子急剧增加，进而导致温度越低对钢轨加速度功率谱曲线的影响就越大；在高频段，扣件胶垫温变对钢轨的钢轨加速度功率谱的影响规律与轮轨力、轮对类似，这是由于扣件的刚度和损耗因子随温度升高而减小，刚度主要对中频段内耦合系统1阶共振频率的迁移及其峰值有明显影响，损耗因子对全频段耦合系统动力响应幅值具有抑制作用，进而导致耦合系统动力响应在高频段随温度升高整体呈现增大趋势。3 结语
钢轨扣件胶垫在（-60～40）°C范围内的模量值如图2(a）所示。在-45°C以下，扣件胶垫的储能模量试验值随温度升高而小幅下降，耗能模量试验值随温度升高而增大，此时在低温下处于玻璃态，储能模量较大；随着温度的升高，扣件胶垫模量值和损耗因子均迅速降低，且下降速度逐渐减小，模量值和损耗因子的试验值曲线趋于平缓。扣件胶垫的损耗因子在-45.7°C左右存在明显的峰值（如图2(b）所示），此温度点为玻璃化转变温度，该温度点附近温度带处于材料的玻璃化转变区（玻璃态向橡胶态转变的温度区间）[9]。由于扣件胶垫中参与车辆-轨道耦合振动计算的参数是刚度、损耗因子和复刚度，因此需要将模量值按照材料的结构尺寸转化为刚度值（如图2(c）所示），计算方法见式（1）；将扣件胶垫的刚度值与损耗因子复合为复刚度，计算方法见式（2），对复刚度进行取模，可得其数值随温度变化的关系（如图2(d）所示）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扣件FVMP模型的车-轨耦合随机振动分析[J]. 刘林芽,卢沛君,秦佳良. 铁道学报. 2019(05)
[2]基于动柔度法的车-线-桥垂向耦合振动分析[J]. 石广田,杨建近,杨新文,张小安. 中南大学学报(自然科学版). 2017(04)
[3]极寒状态下扣件胶垫刚度温变特性及影响研究[J]. 刘子煊,葛辉,王平,张攀. 铁道标准设计. 2017(03)
[4]基于分数导数的橡胶材料两种粘弹性本构模型[J]. 赵永玲,侯之超. 清华大学学报(自然科学版). 2013(03)
硕士论文
[1]高铁无砟轨道扣件系统弹性垫板温/频变动力特征及其影响研究[D]. 张攀.西南交通大学 2016
[2]高速车辆—桥梁耦合振动与高架桥梁结构噪声预测研究[D]. 杨建近.兰州交通大学 2015
本文编号：2908082
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