铁路轮轨冲击振动模拟与试验.pdfVIP

第 16 卷第 1 期 计 算 力 学 学 报 V o l. 16 N o. 1 1999 年 2 月 CH IN ESE JOU RNAL O F COM PU TA T IONAL M ECHAN ICS February 1999 铁路轮轨冲击振动模拟与试验 翟婉明 ( 西南交通大学列车与线路研究所, 成都, 610031) 摘　要　对铁路工程领域普遍存在的轮轨冲击振动现象进行了理论与试验研究。将车辆模拟为移动 的多刚体振动系统, 将轨道描述成离散点支承连续梁结构, 应用快速数值积分方法编制了V ICT 模拟 软件, 实现了轮轨冲击振动的快速数值模拟。以轨道接头处的冲击为例, 进行了铁路轮轨冲击振动现 场试验。试验结果与理论模拟结果取得了良好的一致性。 关键词　铁路工程; 轮轨相互作用; 冲击; 振动; 模拟; 试验 分类号　 213 4; 327 U O 1　引　　言 列车在轨道上行驶, 将不可避免地产生振动, 而最为常见的一种振动形态便是机车车辆通 过轨道接头时的冲击与振动。由于实际轨道上普遍存在着低接头、错牙接头及宽轨缝等激振 源, 因而轮轨冲击现象十分普遍。过大的轮轨动作用力将对车轮特别是轨道结构造成严重危 害, 导致使用寿命降低, 养护维修工作量增大。轨道接头区病害已成为轨道日常维护中最为突 出的问题之一。因此, 深入开展铁路轮轨冲击振动研究, 进而减轻这种有害振动, 具有十分重要 的意义, 特别是在高速、重载铁路迅速发展的今天, 显得尤为迫切。 前人曾对铁路轮轨冲击振动进行过不同程度的研究。本文拟采用车辆轨道耦合动力学理 [ 1 ] 论 , 对移动的车辆系统与固定的轨道结构之间的动态相互作用进行数值模拟, 并通过铁路现 场试验加以验证, 以期为这一实际工程振动问题提供有效的数值分析工具, 实现轮轨冲击振动 的计算机模拟。 2　轮轨冲击振动模拟原理与方法 为了客观真实地反映铁路轮轨振动系统本质, 应将车辆系统与轨道系统作为一个相互耦 合的总体系统来加以研究。为此, 作者曾在文[2 ] 中建立了车辆轨道垂向系统统一模型, 本文 拟采用这一模型来分析轮轨冲击振动问题。 该模型将车辆模拟成一个以速度 V 向前移动的机械振动系统, 详细考虑车体、前后两个 ( ) 转向架、轮对以及一、二系悬挂特征。轨道结构被描述成三层 钢轨—轨枕—道床—路基 连续 弹性点支承 Eu ler 梁模型, 各支点之间以实际轨枕间距隔开, 支承弹性、阻尼包括轨下胶垫、道 床和路基三部分。 轮轨系统振动方程包括车辆振动方程和轨道结构振动方程两大类。其关键在于如何处理 国家杰出青年科学基金项目; 国家教委跨世纪优秀人才基金资助课题 　收稿日期: 修改稿收到日期: 　翟婉明: 男, 1963 年生, 博士, 教授, 博士生导师 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 　　　　　　　　　　　　　　　　计 算 力 学 学 报　　　　　　　　　　　　　16 卷 94 如下钢轨四阶偏微分方程: 4 2 N 4 Z r (x , t) Z r (x , t) E I + m = - F ( ) ( - x ) P ( ) ( - x ) ( ) x 4 r t2 ∑ rs i t x i