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振动与冲击

第44卷第12期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.44No.122025

基于谱几何法的车辆-轨道结构频域振动分析

吴神花1?，雷晓燕，余翠英?

（1.华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心，南昌330013；

2.华东交通大学理学院，南昌330013）

摘要：为研究车辆-轨道结构全频域振动问题，基于谱几何法构建了车辆-无碓轨道结构耦合系统动力学模型与

算法，应用Rayleigh-Ritz法推导了轨道结构谱几何单元刚度矩阵、阻尼矩阵、质量矩阵、单元之间的耦合虚拟弹簧刚度矩

阵及轮轨耦合刚度矩阵，求解了车辆-轨道结构耦合系统动力学谱几何法方程，得到了车辆-轨道结构全频域内振动响应，

分析了轨道结构单元尺寸对收敛性和计算效率的影响,讨论了钢轨、轨道板、底座板虚拟弹簧刚度系数取值范围。通过与

有限元法对比，验证了谱几何法的正确性和高效性。作为应用实例，分析了在轨道随机不平顺激励下车辆-轨道结构耦合

系统的振动响应。研究结果表明：在保证计算精度的前提下，谱几何法可以采用大的轨道结构单元尺寸计算，而有限元法

的轨道结构单元尺寸更小，因此谱几何法的计算效率远大于有限元法的；当轨道结构单元尺寸取3.25m和6.50m时，谱

几何法的计算效率较高，可作为谱几何法分析车辆-轨道结构耦合系统动力学问题的参考单元尺寸；钢轨、轨道板、底座板

虚拟弹簧刚度的合理取值为大于或等于其对应构件抗弯刚度的10°倍；车体、转向架位移幅频曲线交替出现众多峰值和

谷值，为车辆系统四个轮对间轨道不平顺激励相位差所致；车体、转向架垂向位移幅频曲线谷值处频率分别对应车辆“定

距滤波”和“轴距滤波”频率。研究成果为求解全频域内车辆-轨道结构耦合系统动力学问题提供了另一种高效、精确的

数值方法，为车辆-轨道结构系统减振分析和设计提供技术支撑。

关键词：谱几何法；车辆-轨道结构耦合系统；无轨道结构；全频域；虚拟弹簧

中图分类号：U211文献标志码：AD0I:10.13465/j.cnki.jvs.2025.12.011

Frequencydomainvibrationcharacteristicsofvehicle-trackstructurebased

onthespectralgeometrymethod

2

WUShenhua-2,LEIXiaoyan,YUCuiying

(1.RailwayEnvironmentalVibrationandNoiseEngineeringResearchCenterofMinistryofEducation,

EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China;

2.SchoolofScience,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China)

Abstract:Inordertoresearchthefullfrequencydomainvibrationproblemofvehicle-trackstructure,adynamic

modelandalgorithmforthevehicle-ballastlesstrackstructu