综述高速铁路桥梁设计与车线桥振动的联系
列车在桥梁上的振动分析

列车在桥梁上的振动分析当人们乘坐火车旅行时,我们很少去考虑列车在桥梁上的振动。
但是,这个问题实际上是一个非常有意义的课题,对于确保公共交通的安全和舒适至关重要。
列车和桥梁之间的相互作用会引起一系列的动态问题,这对工程师们来说是一个挑战。
首先,让我们来了解一下桥梁的工作原理。
桥梁是由许多不同材料组成的结构,例如钢、混凝土等。
当列车通过桥梁时,列车的重量会施加在桥梁上,引起桥梁产生弯曲和变形。
桥梁的振动可以分为两类:自然振动和强迫振动。
自然振动是指桥梁结构在没有外界作用下产生的振动,类似于弹簧的弹性回复。
自然振动频率取决于桥梁的刚度和质量。
然而,当列车通过桥梁时,会引起强迫振动,这是指桥梁结构由于外部作用而产生的振动。
列车的振动对桥梁结构造成的影响可能是微小但重要的。
首先,列车的振动可能会加速桥梁的疲劳破坏,增加其维护成本。
此外,列车的振动也可能对乘客的舒适度产生负面影响。
因此,分析列车在桥梁上的振动是非常重要的。
为了进行列车振动分析,工程师使用各种数学模型和工具。
其中一种常用的方法是有限元模型。
有限元模型是一种将实际结构分解为许多小单元的方法,然后利用数学方程来描述每个单元的运动。
通过将这些单元连接起来,可以建立整个桥梁和列车系统的模型。
然而,由于桥梁的结构复杂性和列车振动的多样性,准确地模拟列车在桥梁上的振动仍然是一个具有挑战性的任务。
工程师们需要考虑许多因素,如列车速度、列车重量、桥梁的形状和材料等。
此外,工程师还需要考虑列车的行驶方向和路线,以便针对不同条件进行振动分析。
一种常见的振动分析方法是计算列车和桥梁之间的接触力。
接触力是指列车车轮对桥梁轨道的作用力。
通过测量接触力的大小和方向,工程师们可以了解列车对桥梁的影响程度,并进一步分析是否存在潜在的问题。
除了有助于桥梁设计和维护之外,列车振动分析还对改进列车的车轮和悬挂系统设计有所帮助。
例如,通过优化车轮和悬挂系统的刚度和阻尼特性,可以减少列车对桥梁的振动影响。
《2024年高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》范文

《高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》篇一一、引言随着高速铁路的快速发展,列车—线路—桥梁的耦合振动问题已成为该领域研究的重要课题。
这一问题的深入研究不仅对保障列车运行的安全性、平稳性和舒适性具有重要意义,同时也为高速铁路的进一步发展提供了理论支持。
本文将详细探讨高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的理论及其实用性研究。
二、高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论(一)理论基础高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论主要包括动力学理论、振动传递理论以及系统动力学模型等方面。
在列车运行时,其动力学行为与线路、桥梁的相互作用,形成了一个复杂的动力学系统。
在这个系统中,各组成部分的振动相互影响,形成耦合振动。
(二)系统模型为了更好地研究高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动,需要建立相应的系统模型。
该模型应包括列车、线路和桥梁的动态特性,以及它们之间的相互作用。
通过建立数学模型,可以更深入地了解耦合振动的机理和特性。
三、高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的应用研究(一)安全性保障通过深入研究高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动理论,可以有效地保障列车的运行安全性。
通过对系统的动态特性进行分析,可以预测可能出现的故障和危险情况,并采取相应的措施进行防范。
(二)平稳性和舒适性提升通过对高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动进行优化,可以提高列车的运行平稳性和乘客的舒适性。
这不仅可以提高乘客的满意度,同时也有助于提高铁路企业的形象和声誉。
(三)工程实践应用在工程实践中,应用高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动理论,可以对实际工程进行指导。
例如,在设计和施工阶段,可以通过该理论对线路和桥梁的布局、结构和材料进行优化选择,以减小振动对列车和乘客的影响。
同时,在运营阶段,可以通过实时监测和分析系统的振动情况,及时发现并处理潜在问题。
四、结论与展望(一)结论本文通过对高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动理论进行研究,探讨了其理论基础、系统模型以及实际应用等方面的内容。
高速铁路简支钢桁梁桥的车桥耦合振动分析

高速铁路简支钢桁梁桥的车桥耦合振动分析高速铁路简支钢桁梁桥的车桥耦合振动分析摘要:高速铁路桥梁作为重要的交通基础设施之一,在车桥耦合振动问题上一直备受关注。
本文以高速铁路简支钢桁梁桥为研究对象,通过模态分析和数值计算探讨了车桥耦合振动现象及其对桥梁结构的影响,旨在为桥梁设计和安全评估提供参考依据。
1. 引言随着高速铁路的迅速发展,桥梁结构在铁路交通中的重要性日益凸显。
车桥耦合振动是高速铁路桥梁设计和运行中的一个重要问题,其影响着桥梁结构的稳定性和安全性。
因此,对车桥耦合振动进行深入研究,对于高速铁路桥梁的设计和运营具有重要的意义。
2. 研究方法本文采用有限元分析方法对高速铁路简支钢桁梁桥的车桥耦合振动问题进行分析。
首先,根据实际工程参数建立桥梁的有限元模型,并进行模态分析获取桥梁的固有频率和振型;然后,将列车载荷作为外荷载加载到桥梁模型上,通过数值计算方法分析车桥耦合振动现象。
3. 桥梁模型建立与模态分析根据高速铁路简支钢桁梁桥的实际参数,采用有限元软件对桥梁模型进行建立和模态分析。
模型中考虑了主梁、横梁、纵梁、支座等部件,并根据实际情况设定了较为真实的边界条件。
通过模态分析,得到了桥梁的前几阶固有频率和相应的振型。
4. 车桥耦合振动计算在桥梁模型基础上,将列车载荷作为外荷载加载到主梁上,并采用数值计算方法计算车桥耦合的振动情况。
在车桥耦合振动计算中,考虑了列车速度、轮轴间距、载荷频率等参数,并通过分析列车轮对对桥梁的作用力,计算桥梁的振动响应。
通过对不同速度下的车桥耦合振动进行分析,探讨了车桥耦合对桥梁结构的影响。
5. 结果与讨论通过模态分析和车桥耦合振动计算,得到了高速铁路简支钢桁梁桥的固有频率、振型和车桥耦合振动响应。
结果表明,车桥耦合振动会导致桥梁产生较大的动应力和挠度,从而对桥梁的结构稳定性和安全性产生较大影响。
此外,车桥耦合振动的频率也与桥梁自身的固有频率有关,需要在设计中充分考虑。
铁路曲线桥梁的动力特性和车致振动分析

( 济 大 学 桥 梁 工程 系 , 同 上海 20 9 ) 002
摘
要: 铁路 曲线梁桥 的动力特性和车致振动 分析是评 判列车行 车安全 的关键 , 确定列 车 的行驶 速度
的主要方法。以拟建的某铁路货运专线 曲线桥梁为例 , 对全桥的动力 特性进行 了分 析 , 并运用 专业 的车 桥耦合振动程序完成了车辆 一 梁耦 合振 动的数值分析 , 桥 评价了该桥梁的动力特性 , 出了适 合桥梁动 给
K e wo d y r s:r i y b i e;c r e rd e;vbr to i d c y m o i e ils y mi h r c e it s;m o al wa rdg u v d b ig i a in n u e b vng v h ce ;d na c c a a trsi d c v- i p e ng s e d
括标准 跨 度 2 1 0m、6m的 简支 梁体 系 及 (4+2 1 0+
1 ) (0 6 0 m曲线 连续 冈 构桥 。 4 m、2 +2 +2 ) 0 曲线桥 梁有 限元计 算模 型依据 研究 需要 可选择
否发 生共 振 的依 据 , 车致 振 动 分 析 的前 提 。根 据 是
本工程 项 目特点 , 首先对 桥跨 结构 自振 特性分 析 , 包
抗震 、 抗风 的前提 , 保证 桥梁 正常使 用 的关键 。其 中
桥梁 的车致 振动 分析 的研 究 与试 验 很 多 , 累 了丰 积 富 的经验 l_J l 8。单 德 山 、 发 礼 、 何 田杰 对通 过高 速铁
k y fra s r g t e s c rt n i to o d tr n h e o a l p e e o s u n h e u y a d man meh d t eemie te ra n be s e d.Hee,tkn h u v d b d e o i i s tln x mp e,te d n mi h r ceit so e fl— rd e ae a ay e al r ih ie a a e a l h y a cc a a trsi ft u lb g n lz d.Att es me t wa s n c h i r h a i me,t e n h u— mei a ay i rv h ce b d ec u ld vb ain i o e b sn e s e ilp o r m,t eb d e’ i rto n u e rc la lssf e il— r g o p e ir t sd n y u ig t p ca rga n o i o h h r g Svb ain id c d i b vn e il si ic se n d t e ra o a l p e fv hce frti p ca rd e i rp s d. y mo ig v hce sds u s d,a h e n e s e d o e il o h s s e ilb g sp o o e s b i
《2024年高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》范文

《高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》篇一摘要:随着高速铁路的飞速发展,列车、线路、桥梁三者之间的耦合振动问题成为亟待解决的重大问题。
本文旨在深入探讨高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的基本理论,分析其影响因素,并探讨其在实际工程中的应用。
本文首先概述了国内外研究现状,接着详细介绍了耦合振动的基本理论,并通过实例分析验证了理论的正确性,最后总结了该理论的应用价值与前景。
一、引言随着科技的进步和国民经济的持续发展,高速铁路已经成为我国交通运输的重要方式之一。
高速铁路的运行不仅需要高效的列车技术,还要求有良好的线路和桥梁设施作为支撑。
然而,随着列车运行速度的不断提高,列车、线路、桥梁三者之间的耦合振动问题日益凸显,这不仅影响着列车运行的安全性和平稳性,也对线路和桥梁的使用寿命造成了威胁。
因此,对高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、国内外研究现状近年来,国内外学者对高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动问题进行了大量的研究。
国内研究主要侧重于通过实验研究和数值模拟分析的方法来探索三者之间的耦合规律;国外研究则更注重理论建模和工程实际应用的研究。
随着计算机技术的发展和大型计算模拟软件的出现,这一领域的研究取得了显著的进展。
三、高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动基本理论(一)基本原理高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动是一个复杂的动力学问题,涉及到列车动力学、线路动力学和桥梁动力学等多个方面。
其基本原理是通过建立数学模型来描述列车在运行过程中与线路和桥梁之间的相互作用关系,从而揭示其耦合振动的规律。
(二)理论模型为了研究这一耦合振动问题,需要建立相应的理论模型。
目前常用的模型包括多刚体动力学模型、连续弹性体模型以及多刚体与连续弹性体相结合的混合模型等。
这些模型可以根据实际需求和研究目的进行选择和调整。
四、影响因素分析(一)列车因素列车的运行速度、轴重、编组等因素都会对耦合振动产生影响。
高速铁路桥梁设计关键技术综述

高速铁路桥梁设计关键技术综述摘要:近年来,随着我国高速铁路的飞速发展,高速铁路的技术体系也在不断的完善,主要包括:工程建造技术、高速列车技术、列车控制技术、系统集成技术和运营维护技术。
其中,由于我国自身地理环境的复杂性和多变性,对高速铁路的工程建造中桥梁建设的发展提出了越来越严格的要求。
所以,本文对高速铁路桥梁设计关键技术进行探讨。
关键词:高速铁路;桥梁建设;设计特点;关键技术一、铁路桥梁的分类1、拱式桥拱式桥由拱上建筑、拱圈和墩台组成。
在竖直荷载作用下,作为承重结构的拱肋主要承受压力,拱桥的支座既要承受竖向力,又要承受水平力,因此拱式桥对基础与地基的要求比梁式桥要高。
拱式桥按桥面位置可分为上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥。
2、悬索桥悬索桥,是桥面支承在悬索(也称大缆)上的桥,又称吊桥。
它是以悬索跨过塔顶的鞍形支座锚固在两岸的锚锭中,作为主要承重结构。
在缆索上悬挂吊杆,桥面悬挂在吊杆上。
由于这种桥可充分利用悬索钢缆的高抗拉强度,具有用料省、自重轻的特点,是现在各种体系桥梁中能达到最大跨度的一种桥型。
3、斜拉桥斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的桥。
它由梁、斜拉索和塔柱三部分组成。
斜拉桥是—种自锚式体系,斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩台上外,还支承在由塔柱引出的斜拉索上。
按梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。
4、刚构桥刚构桥是指桥跨结构与桥墩式桥台连为一体的桥。
刚构桥根据外形可分为门形刚构桥,斜腿刚构桥和箱形桥。
箱形桥的梁跨、腿部和底板联成整体,刚性好,适用于地基不良的情况和既有线下采用顶推法施工。
二、我国高速铁路桥梁建设的设计特点1、高架桥所占比例大高架长桥多桥梁在高速铁路中所占的比例较大,主要原因是在平原、软土以及人口和建筑密集地区,通常采用高架桥通过。
京津城际铁路桥梁累计长度占全线正线总长的比例为86.6%,京沪高速铁路为80.5%,广珠城际铁路为94.0%,武广客运专线为48.5%,哈大客运专线为74.3%。
高速铁路桥梁设计中的振动特性分析

高速铁路桥梁设计中的振动特性分析在高速铁路桥梁设计中,振动特性是一个至关重要的被关注的问题。
因为高速铁路桥梁的设计和施工对于行车安全至关重要,任何振动特性问题都有可能对铁路的稳定性和安全性产生影响。
因此,本文将深入探讨高速铁路桥梁设计中的振动特性分析。
一、桥梁振动的类型在桥梁设计中,主要存在三种类型的振动:自由振动、强迫振动和共振振动。
自由振动是桥梁固有频率下的振动,通常情况下无法避免。
强迫振动是由于行车荷载、风力等外界环境作用下的振动。
共振振动是由于桥梁固有模态与外界激励的频率相等而发生的振动。
二、振动特性分析方法在进行桥梁振动特性分析前,首先需要确定桥梁材料的物理参数。
接着,可以使用有限元方法来进行振动分析。
其中,弹性反演法是比较常用的一个方法。
通过采用弹性反演法,可以对桥梁的动态响应做出准确的估计,从而确定其在实际行车中的可靠性。
三、振动控制策略对于高速铁路桥梁设计中的振动问题,调节桥梁的自然频率是其中的一个常见振动控制策略。
例如,可以在桥梁下方增加减振器、减震隔热器或者降低桥梁的刚度等方式来控制桥梁的振动特性。
另外,可以采用主动控制技术来控制桥梁的振动。
主动控制技术涵盖了多种控制策略,例如:被动管道隔振技术、自适应隔振技术、时变参数控制技术、主动质量调节技术等。
它们的实现方法常基于现代控制理论和计算机仿真技术。
四、振动分析实例作为振动控制技术实践探讨的一个例子,我们可以以长江大桥的实际案例来进行分析。
长江大桥是一座横跨中国长江的大型混凝土悬索桥,自1990年开通以来,其一直被视为振动控制技术的示范项目。
通过计算机模拟,振动试验以及现场实测,长江大桥的振动特性得到了充分的分析和探究,同时也得到了有效的控制。
综上所述,高速铁路桥梁设计中的振动特性分析问题在铁路交通工程中具有重要意义。
通过对桥梁材料物理参数、振动分析方法、振动控制策略以及实例的探讨,我们可以更好地理解振动控制技术。
同时,我们也可以看到,通过不断的技术研究和探索,对于桥梁振动控制技术的研究和发展将会迎来更加广泛的前景。
综述高速铁路桥梁设计与车线桥振动的联系

综述高速铁路桥梁设计与车线桥振动的联系摘要:列车通过桥梁时,通过轨道引起桥梁的振动,而桥梁的振动也通过轨道引起车辆的振动。
因此车辆一线路一桥梁是一个相互影响、相互作用的祸合系统,轮轨关系和桥轨关系是将三者联系起来的纽带。
本文首先引入高速铁路桥梁的特点,进而介绍了再高速铁路桥梁设计中车线桥振动的历史发展,计算模型与计算方法。
并阐述了这项研究的意义,引出了还需要研究并解决的问题。
关键字:高速铁路车线桥振动有限元正文一、高速铁路桥梁的特点桥梁的主要功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路,确保列车的运营安全与乘坐舒适性,并尽量减少使用期问结构的维修工作量。
高速列车对桥梁结构的动力作用远大于普通铁路桥梁,雨桥梁的动挠度等变形会直接影响桥上轨道的平顺性,造成结构物承受缀大的冲击力,旅客舒适度受到严重影响,轨道状态不能保持稳定,甚至影响列车的运行安全.此外,为保证轨道的平顺性还必须限制桥梁的预应力徐变上拱和不均匀温度引起的结构变形,这些都对高速铁路桥梁结构的刚度和整体性提出了严格的要求。
高速铁路桥梁的特点可以概括为以下几点:1)所占比例大、高架长桥多2)以中小跨度为主高速铁路对线路、桥梁、隧道等土建工程的刚度要求非常严格,因此,高速铁路桥梁的跨度不宜过大,以中小跨度为主,各国常用的标准跨度桥梁大都在8—42m之间。
3)刚度大、整体性好列车高速、舒适、安全行驶要求高速铁路桥梁必须具有足够大的刚度和良好的整体性,同时,必须限制桥梁的预应力徐变上拱和不均匀温度引起的结构变形,以保证轨道的高平顺性。
一般来说,高速铁路桥梁设计主要由刚度控制,强度基本上不控制其设计。
尽管高速铁路活载小于普通铁路,但实际应用的高速铁路桥梁在梁高、梁重上均超过普通铁路。
4)限制纵向力作用下结构产生的位移,避免桥上无缝线路钢轨的受力出现过大的附加应力高速铁路要求依次铺设跨区问无缝线路,面桥上无缝线路的受力状态不同于路基,结构的温度变化、列车制动、桥梁挠曲会使桥梁在纵向产生一定的位移,引起桥上钢轨产生附加应力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
综述高速铁路桥梁设计与车线桥振动的联系摘要:列车通过桥梁时,通过轨道引起桥梁的振动,而桥梁的振动也通过轨道引起车辆的振动。
因此车辆一线路一桥梁是一个相互影响、相互作用的祸合系统,轮轨关系和桥轨关系是将三者联系起来的纽带。
本文首先引入高速铁路桥梁的特点,进而介绍了再高速铁路桥梁设计中车线桥振动的历史发展,计算模型与计算方法。
并阐述了这项研究的意义,引出了还需要研究并解决的问题。
关键字:高速铁路车线桥振动有限元正文一、高速铁路桥梁的特点桥梁的主要功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路,确保列车的运营安全与乘坐舒适性,并尽量减少使用期问结构的维修工作量。
高速列车对桥梁结构的动力作用远大于普通铁路桥梁,雨桥梁的动挠度等变形会直接影响桥上轨道的平顺性,造成结构物承受缀大的冲击力,旅客舒适度受到严重影响,轨道状态不能保持稳定,甚至影响列车的运行安全.此外,为保证轨道的平顺性还必须限制桥梁的预应力徐变上拱和不均匀温度引起的结构变形,这些都对高速铁路桥梁结构的刚度和整体性提出了严格的要求。
高速铁路桥梁的特点可以概括为以下几点:1)所占比例大、高架长桥多2)以中小跨度为主高速铁路对线路、桥梁、隧道等土建工程的刚度要求非常严格,因此,高速铁路桥梁的跨度不宜过大,以中小跨度为主,各国常用的标准跨度桥梁大都在8—42m之间。
3)刚度大、整体性好列车高速、舒适、安全行驶要求高速铁路桥梁必须具有足够大的刚度和良好的整体性,同时,必须限制桥梁的预应力徐变上拱和不均匀温度引起的结构变形,以保证轨道的高平顺性。
一般来说,高速铁路桥梁设计主要由刚度控制,强度基本上不控制其设计。
尽管高速铁路活载小于普通铁路,但实际应用的高速铁路桥梁在梁高、梁重上均超过普通铁路。
4)限制纵向力作用下结构产生的位移,避免桥上无缝线路钢轨的受力出现过大的附加应力高速铁路要求依次铺设跨区问无缝线路,面桥上无缝线路的受力状态不同于路基,结构的温度变化、列车制动、桥梁挠曲会使桥梁在纵向产生一定的位移,引起桥上钢轨产生附加应力。
过大的附加应力会造成桥上无缝线路失稳,影响行车安全。
因此墩台基础要有足够的纵向刚度,以尽量减少钢轨附加应力和梁轨闯的相对位移。
5)重视改善结构耐久性,便于检查、维修6)强调结构与环境的协调主要指桥梁造型要与周围环境相一致并注重结构外观和色彩;在居民点附近的桥梁应有降噪措施;避免桥面污水损害生态环境等。
二、车辆一轨道动态相互作用研究1、车辆一轨道动力学模型车辆与轨道的动态相互作用问题是铁路轮轨系统中最基本、最重要的动力学闯题。
在机车车辆与轨道动态相互作用研究中,车辆的模型经历了集中力模型、单轮对或多轮对模型、转向架模型、半车模型以及整车模型的演变过程,轨道的模型也经历了集总参数模型、不考虑轨下基础结构振动的单层连续弹性支承梁模型、考虑轨下基础振动的多层连续弹性支承梁模型、全面考虑钢轨、轨枕、道床、路基的离散弹性点支承梁模型或有限元模型的演变过程。
其应用范围已从最初的钢轨接头或车轮扁疤等动力冲击作用分析扩大到机车车辆运动稳性及行车平稳性分析、轨道各部件的振动特性及动力学强度分析、列车经过道龠及路桥过渡段等特殊地段的动力学分析。
经过最近10多年的研究,车辆一轨道耦合动力学理论己渐趋完善,己成为机车车辆与轨道动态相互作用研究的基本方法。
2、轮轨接触关系轮轨接触理论轮轨接触关系包括轮轨接触几何参数的确定以及轮轨间接触(蠕滑)力的计算。
在轮轨接触几何学领域,Cooperriderl “吁1976年解决了两维轮轨几何接触问题,即不考虑轮对摇头角位移来确定轮轨接触点位置和接触几何参数。
De Pater 和Yangt“ l 应用空间解析几何和一阶近似方法,成功地解决了轮轨几何接触的三维计算问题。
国内的研究者167‘70| 也大都采用考虑轮对摇头角的空间分析方法研究轮轨接触几何参数。
一般将某一种形状的车轮踏面与某一型号的钢轨相匹配,组成一对轮轨关系,以轮对的横移量和摇头角为变量,计算出各轮轨接触几何参数,以数表形式存入计算机,在具体进行车桥耦合振动分析时,根据求得的轮对横移和摇头角,由上述数表进行线性插值得到。
对于轮轨滚动接触蠕滑理论,CartertTjl 在二十世纪20年代就对蛹滑率与蠕滑力的关系进行了系统分析,他运用弹性体滚动接触理论将轮轨接触斑区分为滑动区和粘着区。
他将钢轨模拟成弹性半空间,将车轮模拟成弹性圆柱体,求解这一两个半空间接触的二维弹性问题,并提出纵向蠕滑率和横向蠕滑率的计算方法。
之后Joh nson和Vermeule nln-741 —起分析了滚动接触的二维问题,列出了纵向蠕滑、横向蠕滑和切向力的变化关系和计算公式,还做了试验论证。
KalkertT ,州在轮轨滚动接触理论方面作出了杰出贡献。
他从二十世纪60年代丌始,先后提出用于小蠕滑的线性理论、简化理论、三维非线性精确理论、新简化理论等,并相继丌发了CONTAGTFASTSIM DUVOROL用于轮轨滚动接触计算分析的程序,比较完整地解决了两弹性体在于摩擦下的滚动接触理论及工程应用。
沈志云一J.K.Hedrick_o .A.Elkins理论将自旋考虑进去,得到了最适合铁路车辆仿真的非线性理论。
目前在轮轨空阊祸合动力学分析中,一般先采用Kalker 线性蠕滑理论确定蠕滑力,再根掘沈氏理论进行非线性修正。
.三、车桥振动研究的历史回顾列车通过桥梁时将引起桥梁结构的振动,而桥梁结构的振动又反过来影响车辆的振动,这种相互作用、相互影响的问题就是车辆与桥梁之间振动耦合的问题。
从1 9世纪早期人们注意到列车活载对桥梁的动力影响开始,车辆与结构动力相互作用的研究至今已有200年的历史。
1 、古典理论19世纪中叶,限于当时的力学水平、计算技术、方法及手段的落后,研究中常将车辆、桥梁简单地看作两个独立的模型,杌车车辆的各种动力因素被看作简谐力,而桥梁被处理成均布等截面梁,采用级数展开技术进行近似的求解,这些方法基本上只能算是解析或半解析法。
在这一时期,各国的研究者采用了不同的方法,归纳起来可分为以原型试验为主要手段和以理论分析为重点。
1)实桥实验研究车桥系统的振动试验往往采用原型试验或现场实测的方法,使得到的结果能客观而综合地反映桥梁在列车动载作用下实际工作状况。
这一研究最早在美国、英国、前苏联进行。
美国工程师分别于1907.1910年,1931—1934年和1941年完成了三批大规模的原型试验。
他们在这些试验的基础上,指出机车动轮不平衡重的锤击作用是引起机车动力作用的最主要因素,第一次提出了冲击系数的概念,建议了第一条冲击系数曲线;提出了“临界速度”的概念,指出当蒸汽机车车轮的每秒转数与桥梁有载基频相吻合时,将产生共振现象,桥梁有最大的动力效应,而试验结果的复杂性则解释为与桥梁的阻尼有关;指出钢轨接头距离为6.1 一12 . 2 113 .,列车速度为33--50km / h时的冲击影响最大,内燃机车的最大冲击系数为蒸汽机车的70%一75%。
1919_1921 年英国对52座板梁与桁梁桥进行了列车与无车厢的两个车头的比较试验,发现双车头单独通过桥梁时的动力作用要大,认为车头后面的车厢重量显著增加了结构的阻尼,起着一定的减振作用。
前苏联于1927年进行了第一批试验,但规模较小;1936年丌始进行广泛的试验,研究了各种因素的动力影响,其中包括机车引起的桥梁侧向振动,本项工作因战争而中端,战后继续进行,并丌展了试验室模型试验,其中拱桥的模型试验获得了一些结果。
如果仅停留在试验阶段,而不去进一步揭露其内在规律,结果往往是为了确定新的动态参数而不得不随着桥梁结构、跨度及车辆性能等的不断变而进行大量的重复试验,这样不仅耗资巨大,而且周期较长。
因此,单纯的试验方法往往受到许多限制。
2)理论研究在车桥系统动力相互作用问题研究的长期发展中,人们建立了从简单到复杂的各种分析模型:(1)考虑梁的质量,略去荷载质量,将车辆简化为移动的集中力由于仅限于讨论单个集中力,实际上列车是由多个轴荷载组成的,当这些轴荷载周期性地排列(列车全为同类型车辆,如日本新干线上的动力分散式列车)并匀速通过桥跨结构时,将引起结构周期性的静力脉动,这种脉动引起的桥梁振动在高速(200km/ h以上)很容易造成速度共振,这已被模拟分析所证实,因此在讨论高速铁路线上的桥梁时,继续认为速度效应可以忽略不计是不妥当的。
(2)匀速移动的简谐力蒸汽机车的驱动轮带有不平衡块体,当蒸汽机车通过桥梁时,驱动轮的不平衡重所产生锤击力就是一种移动的简谐力,当该简谐力的频率与筒支梁的有载振动频率一致时,结构发生共振。
在有阻尼的情况下,移动简谐力的动力效应只有固定简谐力的一半。
现代的机车多采用内燃或电力机车,虽然也存在由于构造上的误差而使机车或轮对带有周期性振动的成分,但其影响已远小于蒸汽机车,这也是管理规程对通过内燃或电力机车线路的桥梁,其动力系数可降低的原因所在。
(3)匀速滚动质量的作用将列车车辆对桥梁的作用简化为匀速滚动的质量,则其作用力不仅有重力还有随梁一起振动所引起的车辆惯性力,此时列出的桥梁振动方程将是一个带变系数的微分方程,难以找到一般的解析解。
(4)匀速移动的簧上质量的作用(单轴车辆模型)这一模型已具有现代车一桥耦合振动分析模型的雏形,主要有以下假定:(a) 只考虑简支粱桥的第一振型,即将桥梁简化为单自由度体系;(b) 车辆模型处理成单自由度体系;(c) 车辆与桥梁具有粘性阻尼。
(d) 车辆模型由簧上质量与簧下质量组成,但簧下质量始终与轨道( 桥梁)保持接触,不具有单独的自由度。
按照上述模型建立的振动方程组需用数值方法,利用计算机求解,这是Biggs 在50年代建立的分析模型,是现代车辆与桥梁耦合振动分析的创始。
(5)簧上质量同时考虑了平动( 竖直) 和转动两个惯性力,可以较好地模拟一个二轴车或转向架的竖向振动。
按这样的简化模型导出的体系运动方程和分析方法仍具有很大的局限性,由此得到的分析计算结果能够获得车桥动力响应在某些方面的大概趋势,但不能全面地反映实际情况。
限于问题的复杂性与计算手段的落后,早期的理论研究将问题大大简化,直到能用当时的数学知识及手段解决的程度,这样的简化使得许多影响因素难以考虑,因而早期的理论研究结果与试验的值相差较大,从而早期对动力系数的确定必须通过大量的试验,从统计的途径去获得桥梁结构的振动响应。
2、近代理论从20世纪70年代开始,车桥动力相互作用问题的研究突破j ,传统框架,进入系统动力学研究阶段,建立车辆一结构系统动力学模型,推导运动方程式,以有限元法作为一种通用方法,编制计算机分析程序,进行计算机仿真分析。
松浦章夫,朱广汉、Dhar和Garg, Bhatti 以及Wan蒔通过计算机仿真分析,在桥梁动力系数的影响因素、车桥共振问题,车桥动力响应等问题上做了深入的研究。