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无砟轨道动力特性及动力吸振技术研究

作　者: 王金
导　师: 刘林芽
学　校: 华东交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 无砟轨道轨道不平顺动力响应位移加速度功率谱密度动力吸振器
分类号: U213.244
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

将混凝土、沥青等材料代替碎石道床层的轨道结构称为无砟轨道，它具有维修少、轨道稳定性高、平顺性好和耐久性好的显著优点，可以大大的减少线路养护维修工作，提高线路使用效率，提高曲线通过速度和安全性，同时也减少了道砟这种不可再生资源的消耗，更为环保，而且从长远来看，其经济性优于有砟轨道。随着我国高速铁路和客运专线的不断建成，运营列车的速度得到了很大的提高，从而对轨道结构稳定性的要求越来越高，由于无砟轨道有上述优点，所以轨道结构由有砟轨道慢慢被无砟轨道所取代，因此研究无砟轨道钢轨和轨道板的动态响应已经成为高速铁路评价轨道结构的基础，于此同时，提出一种制作施工简单、成本低廉、效果显著的无砟轨道钢轨和轨道板减振措施已成为解决无砟轨道结构振动问题的关键所在。本文从板式无砟轨道振动源入手，将动力吸振结构应用在钢轨上，从源头上减少钢轨和轨道板的振动，取得了良好的效果。论文主要内容有以下几个方面：1、运用ANSYS软件建立了无砟轨道钢轨—轨道板系统三维动态有限元模型，对钢轨-轨道板结构模型进行模态分析，得到了钢轨-轨道板结构的固有频率和模态振型。2、根据建立的模型，在考虑了轨道不平顺情况下，采用瞬态动力学方法，分析了轨道结构中钢轨、轨道板在受移动竖向力加载作用下的动力响应特性，并采用MATLAB软件编写数值程序，求出了钢轨和轨道板的竖向位移、竖向加速度的功率谱密度。3、研究了车速在200km/h和350km/h板式无砟轨道结构振动响应受车速影响规律，研究结果对板式无砟轨道结构参数优化设计具有指导参考意义。4、与成熟的相关文献得出的结论进行对比，验证本文所建立的轨道结构模型的正确性。5、简化两相邻扣件间的钢轨为无阻尼单自由度主振系统，并以三自由度阻尼吸振器为例，建立了钢轨-动力吸振器数学模型，确定动力吸振器取得最优减振效果时的优化目标。利用数值优化方法计算钢轨动力吸振器的参数，并确定其安装位置。6、根据设计的动力吸振器，通过ANSYS软件建立了动力吸振器的有限元模型，将其加在之前所述的模型中，并在考虑了轨道不平顺加载的情况下，对安装了动力吸振器的模型进行瞬态动力学分析，并将结论与未安动力吸振器时得到的结论进行比较。

全文目录

摘要  4-5
英文摘要  5-9
主要符号说明  9-11
第一章绪论  11-21
  1.1 课题的研究背景及意义  11
  1.2 国内外研究概况综述  11-19
    1.2.1 无砟轨道结构力学的研究概况  11-15
    1.2.2 动力吸振器的研究概况  15-19
  1.3 钢轨—动力吸振器原理及其可行性分析  19
    1.3.1 钢轨—动力吸振器原理  19
    1.3.2 可行性分析  19
  1.4 本文研究的主要内容  19-21
第二章板式无砟轨道结构动力响应分析  21-50
  2.1 概述  21
  2.2 运用ANSYS 建立板式无砟轨道钢轨-轨道板动力学模型  21-23
  2.3 无砟轨道钢轨-轨道板动力学模型参数的确定  23-25
    2.3.1 轨道结构模型长度的选取  23-24
    2.3.2 轨道结构计算参数的选取  24-25
    2.3.3 有限元网格划分纵向长度的选取  25
  2.4 模态分析  25-31
    2.4.1 模态分析理论  25-26
    2.4.2 轨道结构的模态分析  26-31
  2.5 板式无砟轨道钢轨-轨道板瞬态动力学分析  31-47
    2.5.1 轨道不平顺的影响及模型加载  32-35
    2.5.2 轨道结构动力响应分析  35-39
    2.5.3 速度对轨道结构动力响应的影响  39-47
  2.6 模型验证  47-49
  2.7 本章小结  49-50
第三章钢轨—动力吸振器的设计  50-60
  3.1 概述  50
  3.2 阻尼动力吸振器的减振原理  50-52
  3.3 钢轨—动力吸振器系统数学模型的建立  52-55
  3.4 钢轨—动力吸振器参数的计算  55-57
    3.4.1 钢轨-动力吸振器参数的计算步骤  55
    3.4.2 钢轨-动力吸振器参数设计  55-57
  3.5 钢轨—动力吸振器的结构设计  57
  3.6 钢轨—动力吸振器联接方式的选择  57-59
  3.7 本章小结  59-60
第四章安有钢轨—动力吸振器的无砟轨道环境振动分析  60-72
  4.1 概述  60
  4.2 运用ANSYS 建立安装了动力吸振器的板式无砟轨道动力学模型  60-62
  4.3 安装了动力吸振器的板式无砟轨道钢轨-轨道板瞬态动力学分析  62-71
    4.3.1 轨道结构动力响应分析  62-66
    4.3.2 与未安动力吸振器的板式无砟轨道钢轨-轨道板动力响应比较  66-71
  4.4 本章小结  71-72
第五章结论与展望  72-75
  5.1 主要工作回顾  72
  5.2 本文的主要结论  72-73
  5.3 本课题今后需要进一步研究的问题  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-80
个人简历在读期间的科研及发表的学术论文  80

无砟轨道动力特性及动力吸振技术研究

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