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高温超导磁悬浮是基于非理想第二类超导体237YBaCuO?x磁通钉扎特性的无源自稳定悬浮方式,具有原理简单可靠、环境友好、无机械摩擦等突出优势,正日益受到社会的关注。目前世界范围内已建成多条高温超导磁悬浮试验线,该技术未来应用前景广阔,正处于从实验室走向工程化的关键阶段。在现有的常导磁悬浮线路中,高架桥梁线路是普遍选择,为抑制过大的车/轨耦合振动,在实际工程应用中往往采用通过提升轨道梁刚度、增大轨道梁线密度和阻尼等牺牲工程造价的方法来换取车辆的高性能,这样不利于磁浮交通技术的推广,未来高温超导磁悬浮系统可能也会面临同样的问题。目前通过线路试验方法合理确定轨道梁设计要求的方式又不太现实,通过搭建车/轨耦合振动试验台在实验室内模拟磁浮列车运行环境成为了一种行之有效的方法。本文的主要研究工作是设计了高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台,基于相似理论开展了高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台在不同影响因素下的动态响应分析并进行对比,具体研究如下:
(一)研究了高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台的原理和特点,设计了高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台的结构,分析了振动试验台对轨道梁质量、等效刚度和跨度的模拟方法。
(二)选取了合适的悬浮力数学模型并在UM里实现高温超导悬浮力的模拟,进而建立了高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台模型和高温超导磁悬浮车-桥耦合振动模型。
(三)在相似理论基础上,讨论并分析了轨道梁的相似性关系,选取了1:2比例桥梁和原型桥梁,通过对比比例模型和原型的车-桥耦合系统的动态响应,从结果吻合度来验证相似理论用于高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台轨道梁部分比例化的可行性。
(四)对高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台和高温超导磁悬浮车-桥耦合振动系统这两种模型进行了动态响应仿真计算,在不同空气弹簧、不同车速和不同桥梁跨度下分别仿真计算了两种模型的动态响应,并对比分析了两种模型的仿真结果。结果表明,两者的动态响应吻合度较高,说明通过在实验室内搭建高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台来进行高温超导磁悬浮车-桥耦合振动的动态响应分析在理论上是可行的。
综上,为了验证高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台的合理性和可行性,本文对高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台的结构和其仿真模型的动态响应特性进行了研究,通过与车-桥耦合模型的动态响应对比,验证了振动试验台的设计在理论上是可行的,相关研究结果为振动试验台的搭建提供了理论依据和参考。
(一)研究了高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台的原理和特点,设计了高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台的结构,分析了振动试验台对轨道梁质量、等效刚度和跨度的模拟方法。
(二)选取了合适的悬浮力数学模型并在UM里实现高温超导悬浮力的模拟,进而建立了高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台模型和高温超导磁悬浮车-桥耦合振动模型。
(三)在相似理论基础上,讨论并分析了轨道梁的相似性关系,选取了1:2比例桥梁和原型桥梁,通过对比比例模型和原型的车-桥耦合系统的动态响应,从结果吻合度来验证相似理论用于高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台轨道梁部分比例化的可行性。
(四)对高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台和高温超导磁悬浮车-桥耦合振动系统这两种模型进行了动态响应仿真计算,在不同空气弹簧、不同车速和不同桥梁跨度下分别仿真计算了两种模型的动态响应,并对比分析了两种模型的仿真结果。结果表明,两者的动态响应吻合度较高,说明通过在实验室内搭建高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台来进行高温超导磁悬浮车-桥耦合振动的动态响应分析在理论上是可行的。
综上,为了验证高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台的合理性和可行性,本文对高温超导磁浮车/轨耦合振动试验台的结构和其仿真模型的动态响应特性进行了研究,通过与车-桥耦合模型的动态响应对比,验证了振动试验台的设计在理论上是可行的,相关研究结果为振动试验台的搭建提供了理论依据和参考。