【博士】高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)受力及輪軌動(dòng)力作用分析【2008】

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　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：車(chē)輛工程　　授予學(xué)位：博士 　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　無(wú)砟軌道是以混凝土、瀝青等材料代替碎石道床層的軌道結(jié)構(gòu)，具有少維修、軌道穩(wěn)定性好、平順性好和耐久性好的顯著優(yōu)點(diǎn)，減少了線路養(yǎng)護(hù)維修工作，提高了線路使用率，還提高了曲線通過(guò)速度和安全性，減少了道砟這種不可再生資源的消耗，更為環(huán)保。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，其經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)于有砟軌道。當(dāng)前世界各國(guó)大力發(fā)展高速鐵路，應(yīng)用現(xiàn)代高新技術(shù)建設(shè)高速鐵路，無(wú)砟軌道成為高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的重要選擇。為了緩解國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)與鐵路運(yùn)輸能力緊張的矛盾，我國(guó)大規(guī)模建設(shè)高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線。無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)受力狀況與軌道結(jié)構(gòu)的安全性密切相關(guān)，而無(wú)砟軌道的動(dòng)力性能則影響到行車(chē)安全性和旅客乘坐的舒適性。因此，開(kāi)展無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)受力和高速動(dòng)車(chē)作用下無(wú)砟軌道動(dòng)力學(xué)性能研究具有很強(qiáng)的理論意義和工程應(yīng)用背景?！　”疚氖紫群?jiǎn)要回顧了國(guó)內(nèi)外無(wú)砟軌道發(fā)展和無(wú)砟軌道力學(xué)研究的歷史與現(xiàn)狀。然后，以車(chē)輛一軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，以目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用效果良好的板式軌道和雙塊式無(wú)砟軌道為研究對(duì)象，采用我國(guó)自主研發(fā)的CRH2、CRH3型高速動(dòng)車(chē)組，對(duì)高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)受力和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究。開(kāi)展的研究工作主要包括以下幾方面：　　建立了板式軌道和雙塊式無(wú)砟軌道三維實(shí)體有限元模型，主要分析了在設(shè)計(jì)荷載作用下板式軌道和雙塊式無(wú)砟軌道受力特性，包括軌道結(jié)構(gòu)型式、軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)、路基關(guān)鍵參數(shù)對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)受力的影響?！　』谲?chē)輛一軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論，采用多剛體動(dòng)力學(xué)理論建立了車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，采用梁一板一板有限元模型模擬板式軌道，采用梁一板有限元模型模擬雙塊式無(wú)砟軌道，通過(guò)輪軌關(guān)系將車(chē)輛系統(tǒng)和無(wú)砟軌道系統(tǒng)聯(lián)系在一起，建立了車(chē)輛一無(wú)砟軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型。采用德國(guó)高速低干擾譜作為輪軌激勵(lì)進(jìn)行無(wú)砟軌道動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，并與遂渝線無(wú)砟軌道綜合試驗(yàn)段動(dòng)力學(xué)測(cè)試結(jié)果對(duì)比，仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，驗(yàn)證了模型的可靠性?！　?yīng)用所建立的無(wú)砟軌道輪軌動(dòng)力作用分析模型，對(duì)高速行車(chē)條件下，沖擊型激擾、諧波型激擾和隨機(jī)不平順激擾引起的板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性進(jìn)行了分析。研究了不同弦長(zhǎng)的車(chē)輪扁疤不平順、不同凸起高度的凸起焊縫不平順和不同長(zhǎng)波和短波組合的凹陷焊縫不平順、德國(guó)高速低干擾譜激擾下，板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)，驗(yàn)證了現(xiàn)行鐵路技術(shù)管理規(guī)程對(duì)高速鐵路車(chē)輛車(chē)輪扁疤管理和鋼軌焊縫打磨要求的合理性。并研究了車(chē)速在200～350 km／h范圍板式軌道和雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)受車(chē)速影響規(guī)律，研究結(jié)果對(duì)高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)參考意義。　　應(yīng)用所建立的無(wú)砟軌道輪軌動(dòng)力作用分析模型，研究了軌下膠墊剛度和阻尼、基床表層彈性模量、板式軌道CAM層彈性模量和雙塊式無(wú)砟軌道道床板厚度等參數(shù)對(duì)板式軌道和雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能的影響?！　?

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