《轨道结构力学分析》PPT课件

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1、第四章轨道结构力学分析第一节概述轨道结构力学分析：应用力学的基本原理，在轮轨相互作用理论的指导下，用各种计算模型来分析轨道及其各个部件在机车车辆荷载作用下产生应力、变形及其他动力响应。9/15/20211轨道结构力学分析目的：（1）确定机车车辆作用于轨道上的力；（2）在一定运行条件下，确定轨道结构的承载能力；轨道结构承载能力计算包括三个方面：（1）强度计算；（2）寿命计算；（3）残余变形计算。9/15/20212轨道结构设计轨道结构承载能力设计变形设计行车舒适性设计安全设计动力仿真计算9/15/20213第二节作用在轨道上的力垂向力：竖

2、直力横向力纵向力车体图6-1轮轨之间作用力9/15/20214一、垂向力组成静载：自重+载重动载：附加动压力（动力附加值）1）机车车辆构造与状态原因引起：a）车轮扁瘢、擦伤——冲击荷载；b）车轮不圆顺——冲击2）轨道构造与状态引起：a）接头——冲击b）焊缝——冲击c）轨道不平顺3）机车车辆在轨道上的运动方式引起a）蛇行——偏载b）曲线——偏载9/15/202152、确定垂向力的方法1）概率组合：前苏联代表2）计算模型：动力仿真计算3）速度系数法：9/15/20216（1）概率组合确定垂向力弹簧振动轨道不平顺车轮单独不平顺（扁瘢）车轮连续

3、不平顺（不圆顺车轮）概率组合——数学平均值与其均方差的2.5倍之和。9/15/20217(2)动力仿真计算根据车体结构，建立动力方程，然后用数值求解方程组，得到随时间变化的轮轨之间作用力。9/15/20218（3）速度系数法确定垂向力9/15/20219二、横向水平力1、定义：轮缘作用在轨头侧面的横向水平力2、产生原因导向力——最主要的原因蛇行力曲线上未被平衡的离心力轨道方向不平顺图6-1轮轨之间作用力9/15/202110三、纵向水平力爬行力——钢轨在动载作用下波浪形挠曲坡道上列车重力的纵向分力制动力——9.8Mpa温度力摩擦力纵向分

4、力9/15/202111第三节轨道结构竖向受力分析及计算方法准静态计算方法：1）轨道强度静力计算；2）轨道强度动力计算——准静态计算；3）轨道各个部件强度检算。计算在垂直动荷载作用下，各部件的应力9/15/202112一、轨道静力计算计算模型：有两种1）连续弹性基础梁模型；2）连续弹性点支承梁模型。9/15/202113弹性点支承模型图示假设计算方法：有限元9/15/202114弹性基础梁法钢轨：支承在弹性基础上的无限长梁垫板＋轨枕+道床+路基=弹性基础符合Winkler假设9/15/202115Winkler假定作用于弹性基础单位面积

5、上的压力，和压力所引起的沉陷之间成直线比例关系。9/15/202116（1）基本假设1）钢轨与车辆符合标准要求；2）钢轨是支承在弹性基础上的无限长梁；3）轮载作用在钢轨对称面上，两股荷载相等；4）两股钢轨分开计算；5）不考虑轨道自重。9/15/202117（2）基本参数19/15/202118反映轨道基础弹性的参数了解基础弹性的特点道床系数钢轨支点刚度系数钢轨基础弹性系数9/15/2021191、道床系数C定义：作用在道床单位面积上使道床顶面产生单位下沉的压力。单位：9/15/2021209/15/2021212、钢轨支点弹性系数D定义

6、：使钢轨支点顶面产生单位下沉而作用在钢轨支点顶面上的钢轨压力。公式：单位：支点刚度9/15/2021223、钢轨基础弹性系数k定义：使钢轨产生单位下沉而必须作用在单位长度钢轨上的压力。公式：单位：9/15/202123C、D、k之间的关系关系1：关系2：9/15/202124（3）计算公式推导钢轨在集中荷载作用下发生挠曲变形9/15/202125由材料力学可知：9/15/202126根据Winkler假定得：（1）9/15/202127解四阶微分方程，利用特征根通解为：应用欧拉公式最后得：9/15/202128钢轨挠度y等9/15/20

7、2129单轮载作用下计算y、M、R公式钢轨挠度钢轨弯矩轨枕反力9/15/202130多个集中轮载作用下计算公式9/15/202131二、轨道强度动力计算——准静态计算三个系数：1）速度系数2）偏载系数3）横向水平力系数Quasi-static9/15/2021321、速度系数牵引种类速度系数计算轨底弯曲应力用计算轨道下沉及轨下基础部件的荷载及应力用内燃电力蒸汽R,yM9/15/2021332、偏载系数9/15/2021343、横向水平力系数定义：轨底外缘弯曲应力与轨底中心弯曲应力的比值。公式：线路平面直线曲线半径（m）600500400

8、300横向水平力系数f1.251.451.601.701.802.09/15/2021354、准静态计算公式9/15/202136动力计算方法：准静态计算步骤：1）计算静态情况下的y、M、R2）计算系数3）