轨道动力学分析分解教案资料.ppt

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1、轨道动力学分析分解7.1概述轨道结构力学分析是我们根据相应的要求对轨道结构进行加强、完善等必不可少的一种步骤。应用力学原理，在轮轨相互作用理论的指导下，用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。2轨道结构力学分析为了什么？？（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；注：承载能力强度计算寿命计算残余变形计算37.2作用在轨道上的力作用于轨道上的力分为：垂向力横向水平力纵向水平力车体图6-1轮轨之间作用力2021/7/2847.2.1垂向力1、垂向力的组成主要组成：车轮

2、的轮载静荷载：列车静止时作用于轨道上的荷载。动荷载：行驶过程中实际作用于轨道上的竖直力，包括静荷载、静荷载的动力附加值(动轮载超出静轮载的部分）。2021/7/285动力附加值：（1）由于机车车辆构造与状态影响：1）车辆踏面有擦伤、扁瘢产生冲击性质的荷载；2）车轮不圆顺而产生的附加动力值（2）由于轨道构造与状态影响：1）通过接头处（轨缝、错牙、台阶和折角）产生轮轨冲击2）通过焊缝不平顺时产生冲击3）轨道不平顺产生动力作用。（3）由于机车车辆在轨道上的运动方式影响：1）蛇行——偏载2）曲线轨道——偏载2021/7/2862、确定垂向力的方法（1）

3、概率组合的方法（苏联学者）取各垂向力（弹簧振动、轨道不平顺、（扁瘢）车轮单独不平顺、（不圆顺车轮）车轮连续不平顺等）的数学平均值与其总均方差的2.5倍之和，即可得到垂向力的可能最大值。2021/7/288（2）用速度系数求最大垂向力（我国所采用）（7-1）—速度系数—偏载系数P—静轮载2021/7/289(3)用计算模型来确定。据车体结构，建立动力方程，然后求解，得到随时间变化的轮轨之间作用力。计算复杂，但可计算各种情况下的轮轨动力作用，越来越被重视。2021/7/28107.2.2横向水平力1、定义：轮缘作用在轨头侧面的导向力和轮轨踏面上的横

4、向蠕滑力所合成的横向水平力。2、产生原因蛇行运动产生往复周期性的横向力钢轨不平顺处，轮轨冲击引起的横向力曲线上未被平衡的离心力通过曲线轨道时，因转向使轮缘作用于钢轨侧面的导向力。2021/7/28117.2.3纵向水平力（1）钢轨爬行力—钢轨在动荷载作用下的波浪形挠曲。（2）坡道上列车重力的纵向分力—随坡度大小而变化。（3）制动力—在列车停车或减速时出现；9.8Mpa（4）摩擦纵向力—列车通过曲线轨道因转向使轮踏面产生作用于钢轨顶面上的摩擦力的纵向分力。（5）温度力—钢轨受阻力约束，无法随温度变化自由伸缩而产生的温度力。2021/7/28127

5、.3轨道结构竖向受力分析及计算方法准静态计算内容有：1）轨道结构的静力计算；2）轨道结构强度的动力计算——准静态计算；3）轨道结构各部件强度检算。2021/7/2813一、轨道静力计算计算模型：1）连续弹性基础梁模型；2）连续弹性点支承梁模型。连续弹性基础无线长梁连续弹性点支承无限长梁14弹性基础梁模型将钢轨看为一根支承在连续弹性基础上的无限长梁，分析梁在受竖向力作用下产生的挠度、弯矩和基础反力。连续基础由路基、道床、轨枕、扣件组成。2021/7/28151计算假定1）钢轨与车辆均符合标准要求；2）钢轨是支承在弹性基础上的无限长梁；作用于弹性基

6、础单位面积上的压力和弹性下沉成正比；3）作用在钢轨对称面上，两股钢轨上的荷载相等；4）不考虑轨道自重。2021/7/28162轨道结构基本参数钢轨支点弹性系数（支点刚度）D：使钢轨支点顶面产生单位下沉时所必须施加于支点顶面上的钢轨压力。钢轨基础弹性系数k（线）：要使钢轨产生单位下沉时必须在单位长度钢轨上均匀施加的压力。道床系数C(面)：是使道床顶面产生单位下沉时所必须施加于道床顶面单位面积上的压力。17（1）钢轨支点弹性系数D表示轨道支点的弹性特征，单位公式：（7-2）R—作用在支点上的钢轨压力（N）；yp—钢轨支点下沉量混凝土轨枕线路：（7-

7、3）D1—橡胶垫板的弹性系数D2—道床和路基的弹性系数18（2）钢轨基础弹性系数k定义：使钢轨产生单位下沉时在单位长度钢轨上均匀施加的垂向力。公式：（7-4）a—轨枕间距单位：连续支承模型点支承19（3）道床系数C定义：使道床顶面产生单位下沉时所施加于道床顶面单位面积上的压力。k与C，D的关系b—轨枕宽度，l—轨枕支承长度，α—轨枕挠度系数，可取1203、计算公式推导1）Winkler假设钢轨在集中荷载P作用下产生的挠曲。以y（x）表示钢轨挠度曲线，向下为正；若以此表示基础对钢轨的分布反力，向上为正。212)各截面的转角θ、弯矩M、剪力Q和基础

8、反力q强度分别是（7-7）根据winkler假设，q=ky,得出（7-8）注：EJ是钢轨的竖向抗弯刚度，k是钢轨基础弹性系数。令（mm-1）ᵝ为钢轨基