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《高速铁路路基面竖向动应力的模拟计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、高速铁路路基面竖向动应力的模拟计算张 远 荣(铁道部科学研究院铁道建筑研究设计院)【提要】介绍路基面动应力有限元模型及其计算原理,计算分析几种轨道不平顺状况及轴重下路基面动应力与列车速度的关系,指出高速铁路应严格控制轨道不平顺幅值,消除局部不平顺。【关键词】高速铁路 轨道不平顺 路基动应力 模拟计算尼表示。轮轨间为线性化的Hertz弹性接触。1 前言②鉴于邻轮的影响可通过线性叠加来考虑,因此只考虑单个车轮作用的情况。提高既有铁路行车速度,建设高速铁路新③计算针对区间无缝线路考虑轨道不平顺线,已成为当今世界铁路总的发展趋势。我国的影响,其计算长度是由几何不平顺引起的动拟在北京至上海间修建
2、一条200km/h及以上力效应在钢轨纵向的影响长度,两端为自由端。的高速铁路线。④轨枕纵向作为离散分布的质量块,用离在列车运行荷载作用下,路基面动应力的散分布的线性弹性点支承和粘滞阻尼表征轨下大小与机车车辆运行情况、线路及其基础等情弹性垫层和道床路基沿纵向分布的弹性和阻尼况有密切关系。列车运行速度提高以后,特别作用。道床路基的振动质量不计。是高速运行时,路基面动应力将如何发展,是进⑤车辆系统考虑半侧,轮轨系统处于正常行高速铁路路基研究、设计必须解决的问题。状态,道床处于稳定工作状态。本文通过计算机模拟列车轮轨系统,计算了列⑥不计结构物、扣件等零件的质量。车从低速到高速运行时,路基面竖向
3、动应力的21112 动力有限元计算模型变化规律及其与各因素之间的关系。轮轨系统在随时间变化的动荷载作用下,其位移、速度和加速度都是时间域和空间域的2 动力有限元模型及计算原理函数。为此,将整个系统按上述假定,离散成如图1表示的线性弹性点支承动力有限元模型。211 动力有限元模型21111 基本假定列车轮轨系统及路基道床结构是复杂的三维空间结构,但采用三维空间结构有限元模型计算工作量十分巨大。有关研究表明,忽略轨道结构的横向影响,对计算结果的影响不大,但可以大大减少计算工作量。本文侧重于对路基面竖向宏观动力效应的研究,有关计算前提和基本假定如下:图1 线性弹性点支承动力有限元模型①视车体
4、和车轮分别为集中质量的簧上和簧下质量块,悬挂系统以线弹性弹簧和粘滞阻铁道建筑 2000年第8期—21—©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.212 计算原理车型选取目前我国使用最广泛的209转向21211 运动方程推导架的客车(以下简称209型客车),悬挂系统粘采用变分形式的最小势能原理建立运动方滞阻尼值CW=50000N·s/m,悬挂刚度Kw=程,轮轨系统总势能π为:105715kN/m,静轮重P0=175kN,簧下质量π=πu+πe+πe+πe(1)m2=999175kg,簧上质量m3=787
5、0kg,普通123112式中:πu为系统总应变能;πe为系统总阻尼势钢轨弹性模量E=21058×10N/m。1能;πe为系统总惯性力势能;πe为系统自重力选用目前广泛使用的60kg/m轨和混凝土23轨枕,其质量分别为60164kg/m和260kg,轨枕势能。间距为525cm,道碴厚度为35cm。对系统总势能变分:δπ=δπu+δπe+δπe+δπe=0(2)312 计算工况(见表1)123表1 计算工况汇总其中:波型工况波长/m幅值/mm列车速度范围/(km·h-1)备 注Tδπu={δu}{[K]-{Pη}}(3)111011040～200正常轮重Tδπe1={δu}[C]{Ûu}
6、(4)221011040～200正常轮重δπ={δu}T[M]{¨u}(5)331011040～200正常轮重e2正451011040～200正常轮重δπ=-{δu}T{P弦e0(t)}(6)3571011040～200正常轮重型式中:[K]为线性系统总刚度矩阵;{δu}T{Pη}6101011040～200正常轮重711021040～200正常轮重为不平顺引起的外荷相关项;[C]为系统总阻811031040～200正常轮重尼矩阵;[M]是系统总质量矩阵;{P0(t)}是系921431040～360正常轮重统由自重力形成的荷载列阵;Pn为轨道不平顺102145101～360正常轮重函数
7、。三角112146101～360正常轮重坑将(3)～(6)式代入(2)式并整理得:1221451040～36080%正常轮重TT{δu}[K]{u}+{δu}[C]{Ûu}+1321451040～360150%正常轮重TT{δu}[M]{¨u}-{δu}{P0(t)}=0(7)其中:{P0(t)}={P0(t)}+{Pη}是系统总4 计算结果及分析荷载列阵。T由于变分{δu}的任意性,从(7)式导出轮411 路基面竖向动应力与不平顺长度的关系轨
