中低速磁浮道岔梁力学特性及温度效应研究

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目前我国的中低速磁浮交通系统正处于发展的黄金时期,中低速磁浮交通系统凭借自身独特的优势在城市轨道交通中具有很高的发展潜力和极大的推广价值。作为中低速磁浮交通系统中必不可少的组成部分,磁浮道岔系统是充分发挥线路通过能力的重要基础设施。中低速磁浮列车通过抱轨形式运行,导致磁浮道岔结构形式相比于传统铁路道岔有着极为明显的差别,其实质上是一种结构庞大,截面形式复杂、可弹性弯曲的连续箱形钢结构梁。中低速磁浮道岔由于工作原理和自身结构的特殊性给道岔梁结构设计提出了难题,并且为了满足磁浮列车对线路的高精度要求,磁浮道岔梁的线形必须保持较高的精度。磁浮道岔梁在温度效应作用下会产生一定程度的变形,影响线路的精度水平。因此磁浮道岔梁结构的优化设计、研究其温度效应对于磁浮交通系统的高效运营和管理而言具有重要意义。论文以中低速磁浮道岔为主要研究对象,介绍道岔的总体结构及常见的道岔类型、各系统装置的工作原理,分析道岔钢结构部分的结构特点。在此基础上简化结构特征建立磁浮道岔主动梁结构的力学分析模型。计算磁浮道岔主动梁在不同工况下的变形及受力特点。根据均匀试验法建立神经网络训练样本,利用力学分析模型计算结果作为神经网络模型的约束条件,计算相应的体积作为神经网络输出变量,并利用遗传算法对神经网络进行寻优。针对磁浮道岔主动梁的优化设计,相比于优化前重量减轻了5.85%。计算分析优化后的磁浮道岔主动梁在相同条件下的结构响应,与优化前的模型相比,优化后的磁浮道岔梁模型变形量要小于优化前的变形量,最大应力幅值也有所减小。针对优化后的磁浮道岔主动梁模型进行力学性能分析:校核在其他工况下的结构响应。选用分块Lanczos法对磁浮道岔主动梁结构进行模态计算,分析在自由状态及实际约束条件下磁浮道岔主动梁振动特性。基于温度场分析的相关理论,采用稳态分析的方法研究不同温度场中几种不同温差载荷条件下中低速磁浮道岔主动梁内的温度分布;利用热-结构耦合的方法研究磁浮道岔主动梁结构的温度变形。结果表明在横向、垂向温度差载荷作用下,磁浮道岔主动梁内温度在梁宽、梁高方向呈近似线性分布,温度梯度随温差值增加而增大;垂向温差载荷对变形的影响较小,而横向温度差载荷的影响最为显著。选择环境温度作为影响因素,研究其对磁浮道岔主动梁温度效应的影响。在论文的分析结果中,当左、右腹板温差超过15°C时,磁浮道岔主动梁横向挠度将超过相关规定中的温度变形限定值,因而在中低速磁浮道岔梁结构工程设计中,有必要明确道岔梁在真实条件下的温度效应。
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