宽轨电力机车-轨道-路基耦合系统垂向振动特性分析

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在机车车辆行驶的过程中,机车车轮所激发出来的频率与路基的固有振动频率比较贴近时,就会产生路基共振现象,从而对路基产生破坏,这一现象促进了研究人员开始对路基动力学进行研究。路基动力学所研究的主要内容是路基在车轮反复的荷载作用下(低频振动条件)下路基的动力学特性。因为路基自身的振动频率比较低,轮对和钢轨间激发出的高频振动对路基系统本身来说是比较小的,故针对路基的振动分析可以采用相对灵活的仿真方法进行。通常情况下,在确定的轮轨相互准静态力以及激振频率的前提下,可以不考虑轮轨系统耦合振动模型的建立。随着现代计算机技术的深入发展,使得将车辆、轨道及路基三者之间的耦合大系统模型应用于路基动力学成为可能。因此,针对宽轨电力机车-轨道-路基的整个耦合系统的垂向动力学研究,不仅对车辆的安全行驶提供保障,同时也能够减少轨道交通的投资建设成本及养护支出。本文以出口型C0-C0轴式宽轨电力机车为研究对象,通过在ABAQUS中搭建宽轨电力机车-轨道-路基分析模型,该系统包括:宽轨电力机车、轨道系统、道床、路基。根据车辆-轨道-路基耦合系统的基本思想,分别建立宽轨电力机车、轨道系统、道床、路基;轮轨相互作用系统根据Hertz非线性接触理论在轮轨之间建立耦合机制;根据Winkler地基模型提出的基本假设建立相应的地基模型。介绍了轨道不平顺的种类、各种典型轨道谱。本文以美国轨道谱AAR6中高低不平顺作为轨道激励,通过在MATLAB中编写相互转换程序,再在Inp文件中修改钢轨顶面的竖向坐标,从而达到钢轨表面不平顺的效果。采用ABAQUS的数值仿真法进行动力学分析,研究在多种不同机车参数、轨道参数下(机车行驶速度、车体质量、轨枕间距、扣件垂向刚度以及道床厚度)耦合系统的垂向动力响应。在ABAQUS建立轨道、轨枕、道床子分析模型,在六个轮对对应位置添加轴重载荷,通过改变扣件垂向刚度,研究刚度变化对钢轨、轨枕、道床在三个方向(横向、垂向、纵向)上的应力、位移变化。
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