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列车—轨道—路基系统竖向振动分析

作　者: 孔旭光
导　师: 李东平
学　校: 中南大学
专　业: 固体力学
关键词: 有限单元法耦合振动移动连接单元轮轨接触力
分类号: U211.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 89次
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内容摘要

随着高速铁路的迅速发展,列车的运行速度不断提高,列车、轨道、路基之间的相互动力作用越来越大。因此,列车-轨道-路基耦合动力学问题越来越受到学术界的关注。本文在对国内外相关研究的发展历史和现状综述的基础上,对列车-轨道-路基时变系统的竖向振动进行了较深入的研究,主要工作和研究内容如下：(1)介绍了离散系统动力学位移变分原理,阐述了应用该原理进行动力建模时,可使建模过程大大简化,有利于多自由度系统动力方程的建立。(2)将列车-轨道-路基系统视为整体进行单元划分,此位移变分原理为理论基础,先分别建立车辆簧上部分、移动连接单元和轨道-路基结构的振动方程,然后根据“对号入座”法则,将三者组合在一起形成列车-轨道-路基系统的耦合振动方程。此建模方法既简化了建模过程,又便于计算机编程求解。(3)以Matlab软件为开发平台,采用wilson-θ逐步积分法编制了列车-轨道-路基竖向振动响应计算程序。通过算例对列车-轨道-路基系统的竖向振动响应进行了分析。并验证了基于移动连接单元的此系统建模方法是切实可行的。(4)分析了改进后的五次Hermitian插值形函数较传统的三次Hermitian函数能更好满足此系统的刚度矩阵在节点处的连续性,并分析了高速铁路车辆-轨道耦合模型的轮轨接触力计算。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 引言  8-9
  1.2 研究背景及研究方法  9-12
    1.2.1 研究背景  9-11
    1.2.2 研究方法  11-12
  1.3 国内外研究现状及存在的问题  12-16
    1.3.1 国内外研究现状  13-16
    1.3.2 存在的问题  16
  1.4 本文主要研究内容及思路  16-18
第二章离散系统动力学位移变分原理  18-28
  2.1 引言  18
  2.2 实位移和虚位移  18-19
    2.2.1 实位移  18-19
    2.2.2 虚位移  19
  2.3 实功和虚功  19-20
    2.3.1 实功  19-20
    2.3.2 虚功  20
  2.4 势能和虚势能  20-22
    2.4.1 势能  20-21
    2.4.2 虚势能  21-22
  2.5、离散系统动力学位移变分原理  22-23
  2.6 应用实例  23-27
    2.6.1 实例1  24-25
    2.6.2 实例2  25-27
  2.7 本章小结  27-28
第三章列车-轨道-路基时变系统竖向振动模型建立  28-42
  3.1 车-轨-路基时变系统耦合振动模型及单元划分  28-29
    3.1.1 车-轨-路基时变系统耦合振动模型  28
    3.1.2 系统单元划分  28-29
  3.2 车辆模型及其竖向振动方程  29-31
  3.3 轨道-路基模型及其竖向振动方程  31-37
    3.3.1 轨道梁单元的动力特性  32-33
    3.3.2 轨道-路基支承单元的动力特性  33-35
    3.3.3 相邻道床间连接单元的动力特性  35
    3.3.4 轨道-路基耦合单元的动力特性  35-37
    3.3.5 轨道-路基结构竖向振动方程  37
  3.4 轮轨接触模型及其竖向振动方程  37-38
  3.5 列车-轨道-路基结构的竖向振动方程  38-40
  3.6 本章小结  40-42
第四章列车-轨道-路基时变系统编程计算  42-56
  4.1 系统振动方程分析流程图及执行过程  42-43
  4.2 数值计算方法  43-47
    4.2.1 数值计算中的基本问题  44-45
    4.2.2 wilson-θ逐步积分迭代法  45-47
  4.3 实例分析  47-55
    4.3.1 模型参数选取  47-48
    4.3.2 计算结果分析  48-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章高速铁路轮轨接触力分析  56-66
  5.1 竖向轮轨接触力计算  56-58
  5.2 形函数的选取对轮轨接触力的影响  58-65
    5.2.1 影响分析  58-62
    5.2.2 比较分析  62-65
  5.3 本章小结  65-66
第六章结论与展望  66-68
  6.1 结论  66-67
  6.2 展望  67-68
附录  68-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间科研及论文完成情况  79

列车—轨道—路基系统竖向振动分析

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