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振动与冲击

第43卷第23期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.43No.232024

基于多尺度有限元建模技术的GJ-III型扣件轨道动力特性分析

冷圣禧，李伟，姚学东，周志军，温泽峰，任愈

（西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室，成都610031）

摘要：GJ-II型扣件轨道作为地铁线路一种中等减振轨道，服役后出现钢轨短波长波磨，导致高频轮轨振动噪声

问题。为探明该轨道的动力特性，利用ABAQUS软件建立减振扣件轨道的三维有限元模型。为减小有限长轨道边界反

射波影响并同时保证计算效率，采用多尺度建模技术将轨道简化为梁-壳-实体模型。利用该模型探究了轮轨耦合作用下

的轨道垂向动力特性，分析了扣件垂向刚度和阻尼对轨道垂向频响特性的影响。结果表明：（1)将50.0m实体轨道模型

简化为12.5m实体和37.5m梁-壳模型，可节约65.3%的计算时间，同时仿真与现场测试结果基本一致。（2）钢轨垂向

一阶弯曲和pinned-pinned共振模态在轨道垂向位移导纳上表征明显,其频带分别为100~150Hz和1022~1101Hz。

（3）减振扣件轨道在100Hz以下振动响应表现为钢轨和道床板的整体弯曲和扭转振动；车辆静载集中力引起的钢轨预应

力会诱发400~800Hz轮对间轨道垂向频响峰值。（4）考虑柔性轮对作用后，轨道垂向位移导纳在分别在43Hz、381Hz

和641Hz处出现新的明显峰值,分别对应于轮轨耦合的P2共振模态、轮对间钢轨垂向二、三阶弯曲模态。柔性车轮在

180Hz341Hz和504Hz处的振动模态也会引起钢轨垂向导纳出现新峰值。轮对质量效应对减振扣件轨道50~250Hz

内垂向振动有抑制作用，钢轨不易萌生该频段波磨。（5）钢轨垂向一阶弯曲、P2共振和轮对间钢轨垂向弯曲频率均随扣

件垂向刚度增加而增加，扣件垂向阻尼仅对轨道导纳波动幅值有抑制作用。

关键词：地铁；双层非线性减振扣件；多尺度有限元建模；轨道动态特征；轮轨耦合

中图分类号：U270文献标志码：AD0I:10.13465/j.cnki.jvs.2024.23.009

Dynamiccharacteristicsanalysisofasubwayvibrationreductionfastenertrackbasedon

multi-scalefiniteelementmodelingtechnique

LENGShengxi,LIWei,YAOXuedong,ZHOUZhijun,WENZefeng,RENYu

(StateKeyLaboratoryofRailTransitTransportVehicleSystem,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

Abstract:GJ-IIkindfastenertrack,asamediumvibrationreductiontrackforsubwaylines,experiencesshort

wavelengthwavecorrugationofsteelrailsafterservicetocausehigh-frequencywheel-railvibrationnoiseproblems.Here,

toinvestigatedynamiccharacteristicsofthistypetrack,a3-Dfiniteelementmodelofvibrationreducingfastenertrackwas

establishedusingthesoftwareABAQUS.Toreduceeffectsofrefle