高速列车—无砟轨道—桥梁系统竖向动力响应仿真计算

论文摘要

随着我国高速铁路建设的持续快速发展,无砟轨道结构凭借其高稳定性、少维修量等特点被广泛的用于高速铁路。但随之而来,也带来了诸多新的问题,如无砟轨道的力学性能结构特点、高速行驶列车通过桥梁时对轨道振动的响应、新的车桥耦合振动形式对环境以及附近建筑物的影响等等。本文首先在文献的基础上对桥梁、车辆模型进行了选取,分别建立了车辆、桥梁的运动方程,再以轮轨接触力为纽带,建立了车桥系统耦合方程,为下一步有限元仿真计算打下基础。然后通过ANSYS动力学概述,确定使用分析的方法,即模态与瞬态分析,并对两者内容进行回顾,为后续仿真计算研究做了准备工作。模态分析选择三维模型进行建模,得出了桥梁与无砟轨道系统的前五阶模态与振型。基于低阶模态对系统振动的影响较大,通过参数的调整研究参数特性对系统振动的影响。瞬态分析选择二维模型进行建模,车辆模拟为质量与弹簧组成的二系悬挂系统。在时程分析过程中,通过系统自由度耦合和质量单元生死的方法,模拟车辆体系在轨道上的运动,得出系统结构的动力响应并对时域图做了分析,继而通过快速傅里叶变换将时域图转换为频域图,对振动过程中频率组成及其影响做了分析。在此基础上,对参数进行调整研究其特性对系统动力响应的影响,为高速铁路桥上无砟轨道的设计与运营提供了理论基础与技术参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外高速铁路发展概况
• 1.1.1 国外高速铁路的发展
• 1.1.2 我国高速铁路概况
• 1.2 桥上无砟轨道结构研究现状
• 1.2.1 国外无砟轨道在桥梁上应用的介绍
• 1.2.2 国内无砟轨道概况
• 1.3 车桥振动研究现状及其影响因素与特点
• 1.3.1 车桥振动国内外研究现状
• 1.3.2 车桥振动的特点与影响因素
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 车桥耦合模型的选取与方程的建立
• 2.1 车辆模型的选取与方程的建立
• 2.1.1 四轴车辆模型介绍
• 2.1.2 车辆方程的建立
• 2.2 桥梁动力学方程的建立
• 2.2.1 局部坐标系下梁单元运动方程
• 2.2.2 整体坐标系下桥梁结构运动方程
• 2.3 车桥耦合系统模型选取与方程建立
• 2.3.1 轮轨接触力
• 2.3.2 轮轨作用下系统运动方程
• 2.4 车桥耦合在ANSYS 动力分析中的实现
• 2.4.1 ANSYS 动力分析介绍
• 2.4.2 ANSYS 模态分析
• 2.4.3 ANSYS 瞬态分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 桥梁与无砟轨道系统的模态分析
• 3.1 桥梁与无砟轨道系统模型的建立
• 3.1.1 桥梁有限元模型的建立
• 3.1.2 无砟轨道有限元模型的建立
• 3.2 系统固有频率与振型
• 3.3 结构参数变化对系统模态影响
• 3.3.1 桥梁弹性模量对桥上无砟轨道自振特性的影响
• 3.3.2 CA 砂浆弹性模量对桥上无砟轨道自振特性的影响.
• 3.3.3 轨道板密度对桥上无砟轨道自振特性的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 高速列车—无砟轨道—桥梁系统动力响应分析
• 4.1 高速列车—无砟轨道—桥梁系统模型建立
• 4.2 高速列车—无砟轨道—桥梁系统动力响应分析
• 4.3 系统参数特性分析
• 4.3.1 车辆不同行驶速度对系统振动的影响
• 4.3.2 扣件对系统振动的影响
• 4.3.3 CA 砂浆对系统振动的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结回顾
• 5.2 进一步的研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录