车线动力学(应用研究1)全解上课讲义.ppt

车线动力学(应用研究1)全解;第一节　车辆━轨道━路基振动系统中的参数;振动分析中相关参数选择尤其重要，计算参数选择偏差造成计算结果的较大误差甚至失真，其影响可超过模型化所造成的误差。 分析模型中涉及到太多难以确定的参数时，是不可取的。 对计算参数的研究和合理选择是有效地进行系统振动研究最重要的环节之一。;一、车辆结构参数的选择;二、轮轨作用关系及不平顺参数的选择;车轮不平顺主要考虑车轮不圆和车轮扁疤两类。 车轮不圆处理为车轮周期性垂向位移，以不平顺沿轮周的长度和最大不平顺矢度按余弦函数计算。 但程序实现比较麻烦，可将车轮不圆顺转移成为钢轨上的周期性轨面垂向不平顺，计算结果没有差异。;车轮扁疤理论上可以考虑，但扁疤造成轮轨间冲击，宜采用考虑冲击的模型，考虑较高频率，时间步长很小，实现十分困难。;轨道不平顺大致可分为三大类，即长波、短波和脉冲不平顺。 长波主要指波长大于转向架定距，包括高低、轨距、水平（含扭曲）、轨向四种，以及四种不平顺的组合与叠加。 短波指波长短于转向架定距，主要是钢轨接头附近的高低、轨向和轨距等不平顺，波磨等。 脉冲主要为轨面的擦伤、剥离、普通接头处形成的台阶和折角、焊接接头处形成的低凹等不平顺。与车轮扁疤类似，轨面脉冲引发轮轨间的冲击，对振动计算的要求较高而实现较难。;除脉冲不平顺外，轨道长短波不平顺一般采用余弦函数模拟：;轨道不平顺的表达方式分为两类，一是定值表达，二是随机表达。 轨道不平顺采用定值表达时，不平顺的波长和幅值针对需要研究的问题实测或拟定。 轨道不平顺的单边功率谱密度（PSD），简称为轨道谱。通过实测统计，计算出不同波长不平顺的功率谱密度。 目前轨检车对短波测试精度有限，应用中的轨道谱多数是长波不平顺谱。 采用轨道谱一般进行频域分析，也可对轨道谱进行逆变换求出时间样本，进行时域分析。;1．美国轨道不平顺谱 美国铁路按轨道不平顺状态的安全限度和相应的允许速度分为6个等级，1998年增补三个高速等级后变为9个等级。 进行轨道不平顺检测、计算和统计分析，得到??道不平顺的功率谱拟合表达。;高低、轨向、水平不平顺;2．德国轨道不平顺谱 　　　高低、轨向、水平不平顺（分为高、低干扰谱）：;3．日本轨道不平顺轨道谱 　　　日本轨向、水平、高低三种轨道不平顺谱有统一的拟合表达式（分好、中、差３档，且分长短波）;4．我国的轨道谱 　　　我国高低、水平和轨向不平顺轨道谱采用统一的解析表达式。;三、轨道、路基结构参数的选择;不同线路的扣件刚度参考值（kN/mm） ;路基相关参数的取值范围 ;第二节　轨道合理刚度及其匹配关系研究;轨道刚度研究是车辆━轨道━路基系统动力学的重要应用。 随车速提高，轨道刚度对轮轨动力作用的影响越显著。 轨道刚度问题包括： 　　　针对既定运营条件轨道合理刚度值 　　　轨道刚度的合理匹配关系 　　　过渡段上轨道刚度的合理渐变;一、计算模型与方法;二、轨道各部刚度对轨道振动特性的影响;2．道床刚度的影响特性;三、轨道刚度的合理取值范围及匹配关系;扣件刚度1.枕上动压力(0.521)， 2.基面动压力(0.266)，3.轨枕加速度(0.266)， 4.道床动位移(0.265)，5.道床加速度(0.264) 道床刚度1.基面动压力(0.140)， 2.枕下动压力(0.138)，3.道床动位移(0.138)， 4.道床加速度(0.138)，5.轮轨动压力(0.109) 轨道总刚度1.枕上动压力(3.641)， 2.基面动压力(1.292)，3.道床加速度(1.264)， 4.道床动位移(1.255)，5.枕下动压力(1.212) 扣件/道床刚度比值1.枕上动压力(0.222)， 2.轮轨动压力(-0.153)，3.轨枕动位移(0.150)， 4.轨枕加速度(0.149)，5.钢轨加速度(-0.123);2．扣件/道床刚度匹配优化方法与结果 轨道振动变量对刚度比的敏感系数有正有负。轨道刚度匹配的优化方法正是基于该特点建立。;以轨道中10项振动量（动压力4项、动位移3项、加速度3项）的敏感系数总和Σ为动力优化目标函数。 当刚度比η值较大时，Σ值为负；当刚度比η值减小时，Σ值逐渐由负变正。将Σ=0作为优化目标，求取最优刚度比值。;轨道总刚度为78.8kN/mm时，扣件/道床的最优刚度比为0.494。 轨道总刚度为89.5kN/mm时，最优刚度比为0.512。 轨道总刚度为104.1kN/mm时，最优刚度比为0.564。 随轨道总刚度增加，扣件/道床刚度最优比由小变大。轨道总刚度在78.8－104.1kN/mm之间变化时，扣件与道床刚度的最优比例为0.494－0.564。;3．轨道总刚度优化 轨道各振动量对轨道总刚度的敏感系数总是为正值，因此轨道总刚度越小，