客运专线车-线-桥垂向耦合系统振动的特性

《客运专线车-线-桥垂向耦合系统振动的特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第28卷第05期华东交通大学学报Vl01．28NO．052011年lO月JournalofEastChinaJiaotongUniversity0ct．．2011文章编号：1005—0523(2011)05．0041．05客运专线车一线一桥垂向耦合系统振动的特性陈松，雷晓燕，房建(华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心，江西南昌330013)摘要：近年来，高速铁路在我国得到了快速发展，由高速列车引起的线、桥振动问题越发突出。针对客运专线车一线一桥系统的特点，利用有限元方法建立了车辆一无砟轨道一桥梁耦合模型。鉴于模型的复杂性，将该模型

2、分为列车一无砟轨道系统和无砟轨道一桥梁系统两个子系统来研究，两个子系统通过轮轨相互作用力耦合。根据Hamilton原理，可推导出两个子系统的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。利用有限元对号入座的方法，将子系统的矩阵组装，建立出车一线一桥系统动力学方程，运用Newmark．B方法求解动力学方程。同时，利用Matlab语言编写了相应的程序。利用我国最新的车辆和轨道参数作为实例，研究我国客运专线垂向耦合振动响应。关键字：客运专线；车辆单元；无砟轨道；桥梁单元；耦合系统；振动特性中图分类号：U213．2文献标志码：A随着我国国民经济的不断快速发展，交通成

3、为制约发展的主要瓶颈，因此发展高速、重载铁路势在必行。而高架线路作为客运专线的主要形式(以京沪高铁为例，全线有73％的部分是桥梁结构)，高速列车通过高架桥梁引起结构的振动问题成为当前的研究热点，各国专家在理论和应用方面都做了大量的工作。20世纪80年代起，国内外学者已经比较深入的研究了高速列车和重载列车的车辆一轨道系统动力学，提出了许多计算模型和计算方法。华东交通大学雷晓燕教授n。提出了车辆一轨道一桥梁垂向耦合振动模型，利用有限元法建立了耦合振动方程，运用Newmark．13方法求解动力学方程。台湾成功大学朱圣浩教授等n采用有限元的方法，在建

4、立车辆一桥梁一大地耦合振动的三维有限元模型时，将列车模拟为动轮单元，大地采用三维块体单元模拟，研究了高架轨道引起周边建筑物的环境振动。日本学者佐藤裕等在考虑计算高频振动和模拟轨道不平顺引起的动力响应开发了比较完善的模型。Sato使用他的集总参数模型“半车一轨道”研究了轨道动力响应及轮轨接触振动的产生和传播。以上文献分析中，车辆一轨道一桥梁耦合模型通常考虑有砟轨道，针对无砟轨道的情况并不多见，特别是将车辆、无砟轨道和桥梁作为一个大系统考虑。本文基于这些情况建立了高速列车一无砟轨道一桥梁耦合系统，并将这一大系统分为车辆一无砟轨道、无砟轨道一桥梁两

5、个子系统，这两个子系统通过轮轨相互作用力耦合，得到大系统的动力学方程。用Newmark一13方法求解动力学方程，并利用Matlab语言编制了相应的程序代码。1车辆单元模型基于雷晓燕教授的车辆一轨道一地基耦合系统模型n引，本文对车辆单元做了以下假设：将每节车厢以单轮为单元分成4个独立动轮单元，每个动轮单元考虑一、二系弹簧(如图1)，这样可以有效减小模型的自由度，简化计算。在单轮模型中，车体、转向架和车轮考虑只沉浮振动，每段钢轨单元上两个节点考虑竖向位移和转角，因此单轮模型有7个自由度。如图1所示，m表示车体的质量；m表示转向架的质量；k表示车辆

6、一、二系悬挂刚度；cc分别表示车辆一、二系悬挂阻尼；m，表示车轮的质量；kc表示轮轨间接触刚度；y为车体沉浮振动的位移、；v为转向架沉浮振动的位移；v表示车轮的竖向位移；v，v，表收稿日期：2011-07—30基金项目：国家自然科学基金项目(50978099)；国际科技合作与交流专项项目(2010DFA82340)作者简介：陈松(1987一)，男，硕士研究生，研究方向为车辆轨道动力学。42华东交通大学学报a：表示：口：=[V。01，0VVV。](1)=1+a2x+a3X+反4(2)Ⅳ3=2一轰Ⅳ4一霉；3c一3Fig．1M图od1elo车f辆

7、ve单hic轮le模sin型glewheel将单元中各个节点的位移使用单元位移向量和插值函数表示，运用Hamilton原理：一+檠：0(4)UfU“ua式中：为Lagrange函数，L=T—V；T为动能；V为势能；R为耗散能。因此可以单轮单元的动能、势能和耗散能，最后得出动轮单元的质量矩阵m：、刚度矩阵和阻尼矩阵c：。为了更好模拟真实情形，本文考虑两节车厢，根据以上车辆单元假设，其动力学方程可通过单轮单元叠加得到。2无砟轨道一桥梁单元模型我国最新客运专线基本上使用无砟轨道，大部分采用CRTSⅡ板式轨道，因此本文轨道模型采用CRTS1I板式无砟

8、轨道，将轨道一桥梁结构简化为一层离散、三层连续的四层梁单元模型(图2)，分别为钢轨、轨道板、混泥土垫层和桥梁。模型考虑各个节点的沉浮和点头振动，共有16个自由度。图