轨道动力学 轨道结构振动模型

Vol.42No.2March ，2021中国铁道科学CHINA RAILWAY SCIENCE第42卷，第2期2021年3月基于强迫振动的列车-轨道-轨下结构垂向耦合动力分析方法及工程应用高芒芒，李国龙，杨飞，杨静静，赵文博，尤明熙（中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所，北京100081）摘要：将线路与线下结构分解为钢轨子系统和轨下结构子系统，其中钢轨子系统由上层钢轨和下层扣件一一对应的2层节点组成，钢轨处理为具有弹性离散点支承的连续梁，钢轨与扣件间的约束用弹簧-阻尼单元模拟，采用强迫位移和强迫速度的方法处理轨下结构对钢轨系统的作用，钢轨系统对轨下结构的作用则以外荷载方式施加，建立基于强迫振动的列车-轨道-轨下结构垂向耦合动力分析方法。

应用该方法进行局部扣件失效对线路和车辆动力响应影响分析。

结果表明：该方法能准确分析存在局部病害基础设施的动力特性；局部的扣件失效对轨下结构和车体振动影响较小，但会显著加剧轮轨之间的振动响应，车速350km ·h -1时钢轨最大垂向位移为正常值的2.94倍，钢轨最大垂向振动加速度为正常值的2.97倍，最大轮轨力和轮重减载率分别较正常值增大了22.0%和50.2%。

关键词：列车-轨道-轨下结构；耦合动力分析；强迫振动；振动响应；扣件；失效中图分类号：U238；U211.3文献标识码：Adoi ：10.3969/j.issn.1001-4632.2021.02.06我国高速铁路开通已逾十年，在大运量、高速度以及长期运营条件下，基础设施服役状态已与建成初期有所不同，桥梁徐变上拱［1-2］引起轨道状态劣化，轨道板温度变形［3］导致轨道板与砂浆层出现离缝［4-5］、沉降［6］持续发展超出规范限值、大跨度桥梁温度变形［7］显著、梁端伸缩装置工作状态不良等现象相继出现，病害机理分析、动力性能评估以及评价标准制定的需求日益迫切，传统的列车-轨道-桥梁动力分析模型更侧重于设计阶段的动力性能评估，对局部轨道或轨下结构的参数变化难以准确模拟。

论无缝线路振动特性的有限元分析模型1、引言当今铁路轨道大多采用无缝线路结构，原因在于无缝线路大大提高了铁路车辆的运行平稳度，并通过减少大量钢轨接头来降低轨道损耗，从而提高钢轨使用寿命。

然而，无缝线路钢轨在轨温发生变化时不能自由收缩或膨胀，其内部会产生较大的纵向温度应力。

当钢轨纵向温度应力达到一定值时便可能发生胀轨和断轨。

本文应用有限元方法建立了一个无缝线路钢轨纵向力与垂向振动特性关系的动力学模型，用以研究无缝线路钢轨纵向力与振动特性间的变化规律。

在相对准确的理论模型基础上，对钢轨支承变化情况影响进行分析。

2、无缝线路振动特性的有限元分析模型建立轨道结构几何模型，主要考虑在理论计算中用的轨道模型是弹性等间距支承的无限长均匀梁结构。

用一个由离散轨枕支承的无限长Timoshenko梁作为钢轨的平面模型来模拟其垂向振动特性[1]，而轨下结构可被看作是离散的等间隔的质量块和弹簧阻尼结构，并对照实际中的双轨道框架结构，建立总体模型。

2.1模型的边界条件受轴向温度力的作用，钢轨两端除了轴向力方向的位移约束，均约束五个方向，而在钢轨和轨枕之间的弹性垫板，在后面的有限元网格划分中，弹性垫板上面网格与钢轨底部接触面的网格对齐，下面网格与轨枕接触面的网格对齐，接触点的受力一致，把面力简化为一个集中作用在截面重心处的集中荷载。

本文提出的模型不仅包含钢轨模型、轨下弹性垫板及扣件结构模型、轨枕模型[2]，还考虑了道床模型和路基模型。

这种三层支承模型将轨下基础各个组成部件分别考虑，用以分析轨道结构各部件的振动响应，使模型更加符合轮轨动力作用下的实际情况。

2.2钢轨模型因为要精确反映钢轨的动态响应特征，故将钢轨作为空间弹性体进行单元划分，并通过断面特性及外形的改变来模拟不同的工况。

钢轨结构进行有限元单元划分后，用20节点等参单元进行计算。

对基准20节点实体单元而言，拉格朗日形式的形状函数可以写作：（1）其中，（ξ，η，ζ）为实体单元自然坐标系（局部坐标系的无量纲形式）的三个坐标轴，（ξi，ηi，ζi）为实体单元20个节点中任意节点i在（ξ，η，ζ）坐标系中的坐标值。

轨道-箱梁结构振动传递的模型试验研究作者：欧开宽罗锟雷晓燕来源：《振动工程学报》2021年第01期摘要：以京沪高铁常用的32 m无砟轨道箱梁结构为原型进行了模型试验，其中模型为轨道⁃箱梁结构。

根据1/10的几何相似比，介绍了试验模型各结构的设计与制作过程，荷载激励由激振器施加。

试验结果表明：轨道板振动在500⁃1024 Hz频段内衰减缓慢，底座板和顶板振动在0⁃1024 Hz频段内衰减较快;振动由顶板传递至翼缘板的过程中衰减最小，腹板其次，振动由顶板传递至底板的过程中衰减最大;腹板和底板振动在0⁃1024 Hz频段内中高频段衰减快。

在0⁃1024 Hz频段内，轨道板振动沿纵向衰减很小;在670⁃1024 Hz频段内，底座板振动在跨中至四分之一截面的范围内衰减很大，在四分之一至端部截面的范围内衰减较小。

在700⁃1024 Hz频段内，翼缘板振动在跨中至四分之一截面的范围内衰减较大，在四分之一至端部截面的范围内衰减较小。

支座刚度值对轨道⁃箱梁跨中结构振动有一定影响，但影响很小。

支座刚度值对隔振有一定影响，具体影响与分析频段有关。

关键词：轨道⁃箱梁; 模型试验; 振动响应; 支座; 隔振中图分类号： U441; U213.2 文献标志码： A 文章编号： 1004-4523（2021）01-0072-08DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2021.01.008引言由于城市高架桥梁的大规模的应用，混凝土桥梁引起的结构振动噪声问题越来越严重。

混凝土桥梁结构振动会产生桥梁结构噪声。

桥梁结构噪声频率低、衰减慢，长期处于此环境中对人体健康有极大危害[1⁃2]。

桥梁振动是桥梁噪声之源，因此，对桥梁结构的振动传递特性进行研究，找寻桥梁结构的减振降噪措施，具有重要的现实意义。

列车荷载在高架桥梁结构上运行时，产生的桥梁结构振动沿着轨道、桥梁及路基等进行传递，振动较大时，会对各结构造成破坏，危害列车行车安全。

第7卷 第3期2007年6月交通运输工程学报Journal of Traffic and T ransport ation EngineeringVol 17 No 13Jun.2007收稿日期:2007202212基金项目:国家自然科学基金项目(50078006);高等学校博士学科点专项科研基金项目(20010533004);铁道部科技开发计划项目(2001G029,2003G043)作者简介:向 俊(19682),男,湖南沅陵人,中南大学教授,工学博士,从事车轨系统振动研究。

文章编号:167121637(2007)0320001205高速列车与博格板式轨道系统竖向振动分析模型向 俊,赫 丹(中南大学土木建筑学院,湖南长沙 410075)摘 要:研究了博格板式轨道结构特点,提出了横向有限条与板段单元高速列车与轨道系统竖向振动分析模型,分析了此系统竖向振动特性。

高速列车的动车及拖车均离散为具有二系悬挂的多刚体系统,基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的/对号入座0法则,建立了高速列车2博格板式轨道系统竖向振动方程组,采用Wilson 2H 法对其求解。

计算结果表明:钢轨与博格板竖向静、动态位移之差分别为111@10-2与210@10-4mm ,200km #h -1车速下此系统竖向振动响应计算波形图及量值均符合物理概念,这说明模型正确、可行。

关键词:铁道工程;高速列车;博格板式轨道;横向有限条与板段单元;竖向振动中图分类号:U 21312 文献标识码:AAnalysis model of vertical vibration of high 2speed trainand B Êgle slab track systemXiang Jun,H e Dan(School of Civil and Ar chit ectura l Engineering,Central South U niversit y,Changsha 410075,H unan,China)Abstr act:According to the structural characteristics of B Êgle slab track,a new model of lateral finite strip and slab segment element was put forward,and the vertical vibration responses of high 2speed train and B Êgle slab track system were analyzed.In the model,the locomotive and trailer of high 2speed train were regarded as multi 2rigid body systems with two suspensions,based on the principle of total potential energy with stationary value in elastic system dynamics and the rule of /set 2in 2right 2position 0for formulating system matrixes,the vertical vibration equation set of the system was established,and the equation set was solved by Wilson 2H putation result shows that the new model is correct and feasible,the differences between the vertical static displacements and dynamic displacements of rail and B Êgle slab are 111@10-2mm and 210@10-4mm respectively,when train runs at 200km #h -1,the vertical vibration response waveforms and computation values of the system accord with corresponding physic concepts.1tab,8figs,15refs.Key words:railway engineering;high 2speed tr ain;B Êgle slab track;lateral finite str ip and slab segment element;vertical vibrationAuthor resume:Xiang Jun(19682),male,EngD ,professor,+86273122656728,jxiang@.0 引 言德国是最早研制板式轨道的国家之一。

导轨激励下电梯水平振动的动力学建模夏冰虎;史熙【摘要】高速电梯在运行过程中,除了导轮与导轨间的接触刚度随接触载荷的变化而变化外,导轨本身的刚度也由于导轮与导轨接触位置的变化而变化,因此导轮与导轨的界面接触刚度是个复杂的时变量.通过研究导轮与导轨之间的实时界面刚度变化,建立轿厢的水平振动模型,并将导轨的不平度作为激励输入,对轿厢的水平振动进行研究.%When an elevator is in operation, the contact stiffness between the guide wheel and the rail changes with the contact load and the bulk stiffness of the guide rail changes with the car position. By considering the time varying interface stiffness between the guide wheel and the rail, a horizontal vibration model of high-speed elevator excited with the surface irregularity of the guild rail is proposed. Simulations with different surface irregularity excitations are performed, and the resulting horizontal vibration is analyzed.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2012(041)005【总页数】6页(P161-165,191)【关键词】高速电梯;变刚度;运行曲线;振动模型【作者】夏冰虎;史熙【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TH1320 引言随着中国经济的快速发展，城市化建设和发展步伐日益加快，高层，超高层建筑不断涌现，电梯作为其内部垂直交通运输工具，日益成为人们生活中不可或缺的一部分，而乘坐电梯的安全性，高效性，舒适性也成了对电梯运行的基本的、重要的技术性能要求。