復(fù)雜山區(qū)鐵路風(fēng)-車-橋系統(tǒng)耦合振動研究.pdf

1、近年來，高速鐵路在中國得到了迅猛發(fā)展，伴隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施和推進(jìn)，國家更是在西部復(fù)雜山區(qū)規(guī)劃建設(shè)了多條高速鐵路。復(fù)雜山區(qū)地形多異，山丘起伏，溝壑縱橫，復(fù)雜的地形地貌使空氣流動變得更為復(fù)雜，與平原地區(qū)風(fēng)特性有明顯差異。本文圍繞復(fù)雜山區(qū)風(fēng)環(huán)境下列車的走行性問題，進(jìn)行了如下研究:
　　(1)基于剛?cè)狁詈戏ń⒘司?xì)化的風(fēng)-車-橋系統(tǒng)耦合振動模型。根據(jù)多剛體系統(tǒng)動力學(xué)和高速鐵路列車特征，建立了34個自由度的四軸車輛多體動力學(xué)分析模型

2、。根據(jù)有限元方法和多柔體動力學(xué)理論，將橋梁有限元模型以柔性體方式導(dǎo)入多體動力學(xué)模型中，實現(xiàn)橋梁柔性體模型的建立，并通過對比橋梁有限元模型和橋梁柔性體模型的風(fēng)-橋作用。根據(jù)系統(tǒng)耦合分析理論，在多柔體系統(tǒng)模型中，引入啞元的方式，實現(xiàn)車輛和橋梁的耦合作用，通過啞元耦合法和等效柔性軌道法的橋梁和車輛動力響應(yīng)對比分析，驗證車-橋系統(tǒng)的正確性。在此基礎(chǔ)上，建立了風(fēng)-車-橋系統(tǒng)耦合振動模型，并通過各子系統(tǒng)的對比計算，驗證了風(fēng)-車-橋系統(tǒng)模型的正確性。

3、
　　(2)針對列車氣動導(dǎo)納函數(shù)，采用節(jié)段模型風(fēng)洞試驗方法，在均勻流中，測試了路堤、橋梁和平地三種典型線路結(jié)構(gòu)形式上不同風(fēng)向角的列車靜力三分力系數(shù)，然后，在模擬的針對平坦開闊地表類型的B類和針對山區(qū)地表類型的D類兩種風(fēng)場中，測試了這三種典型線路結(jié)構(gòu)形式上的列車氣動力和風(fēng)速，進(jìn)一步采用等效導(dǎo)納法分析得到了列車阻力、升力和力矩氣動導(dǎo)納函數(shù)?；谠囼灥玫降臍鈩訉?dǎo)納函數(shù)，進(jìn)行了導(dǎo)納函數(shù)曲線擬合。
　　(3)分析了導(dǎo)納函數(shù)曲線擬合參數(shù)

4、對風(fēng)荷載時程的影響。基于準(zhǔn)定常假定下的風(fēng)-車-橋系統(tǒng)分析，研究了不同風(fēng)向角對車輛動力響應(yīng)的影響，得到了最不利風(fēng)向角為橫風(fēng)情況。在此基礎(chǔ)上，研究了考慮列車氣動導(dǎo)納函數(shù)的列車風(fēng)荷載對車輛動力響應(yīng)的影響，列車抖振風(fēng)荷載計算綜合考慮了氣動導(dǎo)納函數(shù)、順風(fēng)向脈動風(fēng)和豎向脈動風(fēng)的影響，對比分析了不同場地來流和線路結(jié)構(gòu)形式對應(yīng)的氣動導(dǎo)納對車輛風(fēng)致振動的影響。
　　(4)開展了鐵路曲線橋梁的風(fēng)致行車安全性研究。討論了風(fēng)向、車速、脈動風(fēng)、軌道不平順等

5、多種因素對曲線橋梁上列車動力響應(yīng)的影響，并對比了列車通過直線橋時的動力響應(yīng)。
　　(5)針對復(fù)雜山區(qū)大跨橋梁風(fēng)致行車安全性問題，探討了考慮山區(qū)非均勻風(fēng)場的風(fēng)-車-橋系統(tǒng)振動特性。通過地形模型風(fēng)洞試驗，測試了不同來流風(fēng)向?qū)蛑穮^(qū)沿主梁平均風(fēng)速和湍流強度分布的影響，并討論了局部地形的影響。基于試驗得到的沿主梁風(fēng)速分布規(guī)律，得到某大跨鐵路橋梁各風(fēng)速模擬點平均風(fēng)速的相對關(guān)系，采用譜解法，通過不同風(fēng)速模擬點的平均風(fēng)速、脈動風(fēng)速譜和相干函數(shù)，