高速铁路轨道-车辆系统高频瞬态仿真及波磨机理研究
发布时间：2021-05-31 18:32
随着我国高速铁路网规模的不断扩大和高速动车组大批量的投入运用,在给人们带来方便快捷舒适的同时,列车运行的安全性则显得更加重要,及时地做好铁路养护维修工作是铁路发展的基本保障。自2008年京津城际开通以来,我国高速铁路已经运营十余年,整体状况良好,铁路基础设施经过了时间的考验。但随着运营时长的增加,高速铁路线路逐渐暴露出一些现场问题。在轮轨关系方面,例如,轮轨表面擦伤、剥离掉块、钢轨波磨、焊缝不良、轮轨接触噪音等轮轨短波病害,引起的高速轨道-车辆系统异常高频振动问题,不仅缩短车辆及轨道部件的使用寿命,增加铁路养护维修费用,严重时对行车安全也是潜在的危害。轮轨短波病害与列车高速运行中的轮轨非稳态滚动接触特性密切相关。轮轨非稳态滚动接触也称轮轨瞬态接触,最早由Kalker提出,并开发了相应的精确理论数值求解程序CONTACT,但因其计算速度较慢没有被广泛使用,且对于存在几何缺陷等短波轮轨滚动接触问题,特别是考虑到几何非线性时,Kalker算法也同样无法解决。因此,迫切需要找到计算轮轨瞬态滚动接触问题的可靠方法,进而研究轮轨短波病害引起的高速铁路轨道-车辆系统高频瞬态响应特征,为探究轮轨短波病...
【文章来源】：中国铁道科学研究院北京市
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轮轨非稳态滚动接触
1.2.2 钢轨短波病害对轨道-车辆系统性能影响
1.2.3 钢轨波磨机理研究
1.3 论文的主要工作
2 轮轨滚动接触理论
2.1 基于弹性半空间假设的轮轨滚动接触理论
2.1.1 基于Hertz接触理论
2.1.2 基于非Hertz接触理论
2.2 基于有限元的轮轨滚动接触理论
2.2.1 控制方程
2.2.2 方程离散
2.2.3 几何非线性
2.2.4 材料非线性
2.2.5 接触非线性
2.3 本章小节
3 高速轮轨滚动接触瞬态仿真模型
3.1 高速铁路动车组及轨道结构概述
3.2 轨道-车辆耦合系统
3.3 改进的轨道-车辆系统高频垂向仿真模型
3.3.1 直线轨道-车辆系统模型建立
3.3.2 模型计算
3.3.3 模型改进
3.3.4 模型验证
3.4 轨道-车辆系统多向高频仿真模型
3.4.1 曲线轨道-车辆系统模型建立
3.4.2 模型计算
3.4.3 模型验证
3.5 本章小节
4 单点冲击对高速轮轨瞬态响应的影响分析
4.1 高速铁路焊接接头病害
4.2 高速铁路焊接接头仿真模型
4.2.1 高速铁路焊缝有限元模型
4.2.2 焊缝处轮轨滚动接触分析
4.3 关键参数对焊接接头处轮轨力的影响
4.3.1 列车运行速度
4.3.2 焊缝处钢轨平直度
4.4 焊接接头处轴箱加速度响应分析
4.4.1 时域分析
4.4.2 频域分析
4.5 本章小节
5 直线周期性短波不平顺区段高速轮轨瞬态响应分析
5.1 高速铁路直线区段钢轨波磨
5.1.1 钢轨Pinned-Pinned振动模态分析
5.1.2 牵引力矩计算及施加
5.1.3 通过频率对轨道-车辆系统性能影响
5.1.4 牵引比对波磨发展的影响
5.2 高速铁路直线区段打磨刀痕
5.2.1 钢轨打磨表面实测数据分析
5.2.2 打磨刀痕有限元仿真模型
5.2.3 打磨刀痕区段轨道-车辆系统响应分析
5.3 本章小节
6 高速铁路曲线轨道钢轨波磨研究
6.1 高速铁路曲线轨道及波磨情况
6.2 曲线轨道-车辆系统频响分析
6.2.1 轮对频响分析
6.2.2 曲线轨道模态分析
6.3 曲线波磨区段高速轮轨瞬态响应分析
6.3.1 曲线轨道波磨模型及计算
6.3.2 导向轮和非导向轮对比
6.3.3 列车运行速度的影响
6.4 曲线轨道轮轨蠕滑分析
6.5 本章小节
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的科研成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]波磨对轮轨系统动力特性的影响分析[J]. 宋小林,翟婉明,王开云. 中国铁道科学. 2018(05)
[2]钢轨波磨区段高速轮轨瞬态滚动接触高频动态特性[J]. 于淼,王卫东,刘金朝. 中国铁道科学. 2018(05)
[3]钢轨打磨对动车组运行性能的影响[J]. 龚继军,侯博,王军平,蒋俊,钟浩,谭皓尹. 铁道建筑. 2019(05)
[4]我国高速铁路钢轨早期伤损研究[J]. 刘丰收,李闯,田常海. 铁道建筑. 2018(01)
[5]钢轨波磨对地铁车辆动态行为影响试验研究[J]. 陈迅,张月军,吕晓俊. 铁道机车车辆. 2017(05)
[6]评判高铁轨道短波不平顺病害的轨道冲击指数法[J]. 刘金朝,陈东生,赵钢,刘伶萍,孙善超,郭剑峰,梁志明. 中国铁道科学. 2016(04)
[7]高速铁路钢轨打磨对轮轨接触关系的影响[J]. 任娟娟,赵华卫,欧阳明. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]铁路钢轨波浪形磨损研究进展[J]. 金学松,李霞,李伟,温泽峰. 西南交通大学学报. 2016(02)
[9]高速铁路钢轨波磨对车辆—轨道动态响应的影响[J]. 谷永磊,赵国堂,金学松,王衡禹,吴磊. 中国铁道科学. 2015(04)
[10]减缓高速铁路钢轨波磨的仿真分析[J]. 司道林,李伟,杜香刚,姜子清. 中国铁道科学. 2014(06)
博士论文
[1]高速铁路无砟轨道钢轨波浪形磨损机理研究[D]. 谷永磊.北京交通大学 2017
[2]地铁钢轨波磨成因及其对车辆/轨道行为的影响[D]. 李伟.西南交通大学 2015
[3]基于数据建模的轮轨力载荷辨识理论和应用研究[D]. 郭剑峰.中国铁道科学研究院 2015
[4]高速道岔曲尖轨磨耗仿真分析研究[D]. 徐井芒.西南交通大学 2015
[5]地铁钢轨波磨形成机理研究[D]. 李霞.西南交通大学 2012
[6]有限元轮轨滚动接触理论及其应用研究[D]. 常崇义.中国铁道科学研究院 2010
[7]基于有限元法的轮轨蠕滑理论研究[D]. 张军.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]钢轨焊接接头伤损分析[D]. 肖广文.西南交通大学 2009
本文编号：3208753
【文章来源】：中国铁道科学研究院北京市
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轮轨非稳态滚动接触
1.2.2 钢轨短波病害对轨道-车辆系统性能影响
1.2.3 钢轨波磨机理研究
1.3 论文的主要工作
2 轮轨滚动接触理论
2.1 基于弹性半空间假设的轮轨滚动接触理论
2.1.1 基于Hertz接触理论
2.1.2 基于非Hertz接触理论
2.2 基于有限元的轮轨滚动接触理论
2.2.1 控制方程
2.2.2 方程离散
2.2.3 几何非线性
2.2.4 材料非线性
2.2.5 接触非线性
2.3 本章小节
3 高速轮轨滚动接触瞬态仿真模型
3.1 高速铁路动车组及轨道结构概述
3.2 轨道-车辆耦合系统
3.3 改进的轨道-车辆系统高频垂向仿真模型
3.3.1 直线轨道-车辆系统模型建立
3.3.2 模型计算
3.3.3 模型改进
3.3.4 模型验证
3.4 轨道-车辆系统多向高频仿真模型
3.4.1 曲线轨道-车辆系统模型建立
3.4.2 模型计算
3.4.3 模型验证
3.5 本章小节
4 单点冲击对高速轮轨瞬态响应的影响分析
4.1 高速铁路焊接接头病害
4.2 高速铁路焊接接头仿真模型
4.2.1 高速铁路焊缝有限元模型
4.2.2 焊缝处轮轨滚动接触分析
4.3 关键参数对焊接接头处轮轨力的影响
4.3.1 列车运行速度
4.3.2 焊缝处钢轨平直度
4.4 焊接接头处轴箱加速度响应分析
4.4.1 时域分析
4.4.2 频域分析
4.5 本章小节
5 直线周期性短波不平顺区段高速轮轨瞬态响应分析
5.1 高速铁路直线区段钢轨波磨
5.1.1 钢轨Pinned-Pinned振动模态分析
5.1.2 牵引力矩计算及施加
5.1.3 通过频率对轨道-车辆系统性能影响
5.1.4 牵引比对波磨发展的影响
5.2 高速铁路直线区段打磨刀痕
5.2.1 钢轨打磨表面实测数据分析
5.2.2 打磨刀痕有限元仿真模型
5.2.3 打磨刀痕区段轨道-车辆系统响应分析
5.3 本章小节
6 高速铁路曲线轨道钢轨波磨研究
6.1 高速铁路曲线轨道及波磨情况
6.2 曲线轨道-车辆系统频响分析
6.2.1 轮对频响分析
6.2.2 曲线轨道模态分析
6.3 曲线波磨区段高速轮轨瞬态响应分析
6.3.1 曲线轨道波磨模型及计算
6.3.2 导向轮和非导向轮对比
6.3.3 列车运行速度的影响
6.4 曲线轨道轮轨蠕滑分析
6.5 本章小节
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的科研成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]波磨对轮轨系统动力特性的影响分析[J]. 宋小林,翟婉明,王开云. 中国铁道科学. 2018(05)
[2]钢轨波磨区段高速轮轨瞬态滚动接触高频动态特性[J]. 于淼,王卫东,刘金朝. 中国铁道科学. 2018(05)
[3]钢轨打磨对动车组运行性能的影响[J]. 龚继军,侯博,王军平,蒋俊,钟浩,谭皓尹. 铁道建筑. 2019(05)
[4]我国高速铁路钢轨早期伤损研究[J]. 刘丰收,李闯,田常海. 铁道建筑. 2018(01)
[5]钢轨波磨对地铁车辆动态行为影响试验研究[J]. 陈迅,张月军,吕晓俊. 铁道机车车辆. 2017(05)
[6]评判高铁轨道短波不平顺病害的轨道冲击指数法[J]. 刘金朝,陈东生,赵钢,刘伶萍,孙善超,郭剑峰,梁志明. 中国铁道科学. 2016(04)
[7]高速铁路钢轨打磨对轮轨接触关系的影响[J]. 任娟娟,赵华卫,欧阳明. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]铁路钢轨波浪形磨损研究进展[J]. 金学松,李霞,李伟,温泽峰. 西南交通大学学报. 2016(02)
[9]高速铁路钢轨波磨对车辆—轨道动态响应的影响[J]. 谷永磊,赵国堂,金学松,王衡禹,吴磊. 中国铁道科学. 2015(04)
[10]减缓高速铁路钢轨波磨的仿真分析[J]. 司道林,李伟,杜香刚,姜子清. 中国铁道科学. 2014(06)
博士论文
[1]高速铁路无砟轨道钢轨波浪形磨损机理研究[D]. 谷永磊.北京交通大学 2017
[2]地铁钢轨波磨成因及其对车辆/轨道行为的影响[D]. 李伟.西南交通大学 2015
[3]基于数据建模的轮轨力载荷辨识理论和应用研究[D]. 郭剑峰.中国铁道科学研究院 2015
[4]高速道岔曲尖轨磨耗仿真分析研究[D]. 徐井芒.西南交通大学 2015
[5]地铁钢轨波磨形成机理研究[D]. 李霞.西南交通大学 2012
[6]有限元轮轨滚动接触理论及其应用研究[D]. 常崇义.中国铁道科学研究院 2010
[7]基于有限元法的轮轨蠕滑理论研究[D]. 张军.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]钢轨焊接接头伤损分析[D]. 肖广文.西南交通大学 2009
本文编号：3208753
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