基于道床非線性特性的橋上有砟軌道系統(tǒng)動力學特性研究.pdf

1、鐵路有砟軌道具有彈性良好、價格低廉、維修方便、吸噪性能好等優(yōu)點，是我國主要的軌道結(jié)構(gòu)形式之一。隨著我國高速鐵路的蓬勃發(fā)展，列車在高速行駛過程中動力響應(yīng)加劇，尤其在橋梁這種剛度較大的基礎(chǔ)上更為顯著，而人們對乘坐舒適度的要求也越來越高，這就需要我們深入研究橋上有砟軌道系統(tǒng)的動力學特性。本文首先通過建立道砟集料三軸試驗離散元模型，研究了道砟集料的受力變形特性，分析得到碎石集料非線性本構(gòu)關(guān)系。進一步結(jié)合有限元法建立了含非線性彈性道床的車輛-軌道

2、-橋梁耦合模型，基于耦合模型分析了道床非線性彈性對其動力特性的影響規(guī)律，同時對不同線路條件下橋上有砟軌道的動力特性進行分析，并且對有砟軌道扣件剛度、減振型有砟軌道彈性墊板剛度及厚度對其動力特性的影響規(guī)律進行了研究。本文的主要研究內(nèi)容及成果匯總?cè)缦?
　　(1)對道砟集料數(shù)值仿真模型開展靜三軸試驗和動三軸試驗?zāi)M，分別研究了不同圍壓、道砟級配、荷載頻率和荷載幅值條件下道砟集料的力學特性，并基于此得到了道砟集料的非線性彈性模型擬合參數(shù)

3、。
　　利用已驗證的道砟集料離散元數(shù)值仿真模型開展靜三軸試驗，研究了不同圍壓和級配對道砟集料的偏應(yīng)力-軸應(yīng)變影響規(guī)律;開展動三軸試驗，研究了不同荷載頻率和荷載幅值對道砟集料偏應(yīng)力-軸應(yīng)變、累積軸應(yīng)變-荷載循環(huán)次數(shù)影響規(guī)律;并結(jié)合既有研究，將土體的非線性彈性本構(gòu)模型推廣到碎石材料，結(jié)合動三軸循環(huán)荷載試驗結(jié)果對特級級配道砟集料的非線性模型Eθ=k1θk2參數(shù)進行了擬合，得到k1=31.1和k2=0.35。
　　(2)結(jié)合道床的非

4、線性彈性特點，建立車輛-有砟軌道-橋梁有限元耦合模型并進行了驗證，同時對比分析了含非線性彈性道床模型與線性彈性道床模型耦合系統(tǒng)的動力特性。
　　基于得到的道床非線性彈性模型，利用有限元軟件ABAQUS用戶子程序?qū)崿F(xiàn)道床材料的非線性建模，同時建立了車輛-有砟軌道-橋梁耦合模型并進行了驗證。利用驗證后的耦合模型對比分析了非線性彈性道床模型與線性彈性道床模型在動力學特性方面的差異，可以看出通過設(shè)置非線性彈性材料屬性在一定程度上反映出道床

5、在受力過程中剛度的逐漸增大，得到的仿真計算結(jié)果更加準確，與實際情況更接近。
　　(3)利用車輛-有砟軌道-橋梁有限元耦合模型分析了不同行車條件對系統(tǒng)的動力學特性影響規(guī)律，同時針對橋上有砟軌道不同扣件剛度對耦合系統(tǒng)的動力學特性影響規(guī)律進行了研究。
　　利用已驗證的車輛-有砟軌道-橋梁有限元模型分析了不同車速及不同軸重條件下耦合系統(tǒng)的動力學特性，可以看出隨著車速的提高、軸重的增大，系統(tǒng)的動力響應(yīng)也不斷增大，必要時還需采取一定的減

6、振措施來保證行車的安全性與平穩(wěn)性。同時對橋上有砟軌道不同扣件剛度取值條件開展數(shù)值仿真計算，對比研究了橋上有砟軌道扣件剛度對耦合模型的動力學特性影響規(guī)律，根據(jù)計算結(jié)果綜合考慮建議橋上有砟軌道扣件剛度取40～80kN/mm。
　　(4)建立了橋上減振型有砟軌道動力學模型，分別分析了枕下墊板、砟下墊板剛度及厚度對耦合系統(tǒng)動力學特性的影響規(guī)律。
　　建立了橋上彈性軌枕減振型有砟軌道模型及橋上道砟墊減振型有砟軌道模型，基于仿真模型分別