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无砟轨道结构振动响应的概率分析

作　者: 赵永超
导　师: 娄平
学　校: 中南大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 高速铁路 板式轨道 随机振动 随机不平顺 概率分析
分类号: U211.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 83次
引　用: 2次
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内容摘要


板式无砟轨道是高速铁路轨道结构的主要类型之一,由于轨道不平顺的随机特性,列车-板式轨道系统动力响应亦是随机的,对该系统动力响应进行概率分析,将对板式轨道的结构设计具有一定的参考价值。本文完成了以下主要内容：1.建立车辆-轨道系统模型,以便于考虑车体、前后转向架及车轮的影响,将车辆模拟为由弹簧和阻尼器连接的多刚体,具有10个自由度。假定车轮总是与钢轨接触,则车轮与钢轨之间具有约束关系,车轮的自由度为非独立自由度。轨道部分,视钢轨为离散粘弹性支点支承的长梁、道床板和混凝土支承层为连续粘弹性基础支承的短梁。钢轨和道床板之间通过模拟为离散弹簧和阻尼器连接,道床板和混凝土支承层之间以及支承层与路基之间通过模拟为连续弹簧和阻尼器连接。2.视列车、轨道为整个系统,应用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的“对号入座”法则,推导列车-轨道系统竖向振动矩阵方程,并用Wilson-θ法求解,编制了相应的程序。3.采用三角级数法产生轨道高低随机不平顺,编制出相应的MATLAB程序。4.计算了ICE-2型列车在A型板式轨道上运行时所产生的轨道响应。并将计算结果与秦沈客运专线、武广客运专线武汉-咸宁段的实测结果进行了对比,验证了本文建立的方程以及所编制的程序的正确性。5.考虑轨道随机不平顺,对五种速度(60、70、80、90、100m/s)下列车-轨道系统方程进行了多次求解,每种速度计算50次,列车每种速度下每次得到的轨道动力响应的最大值视为其随机变量的一次观察值,运用数理统计的方法并结合数理统计分析软件SPSS对每组样本进行了概率分析,得到了列车每种速度下轮轨力、车轮加速度、钢轨和轨道板的位移、加速度等最大值随机变量的均值、标准差,以及其随机变量概率分布服从正态分布的结论。另外还得到动力响应最大值随机变量的均值、均值与3倍标准差基本随列车速度的增大而增大的结论。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-27
  1.1 引言  9-11
  1.2 无砟轨道结构的兴起和发展  11-23
    1.2.1 无砟轨道的优点  11-12
    1.2.2 国外无砟轨道结构应用状况  12-18
    1.2.3 国内无砟轨道结构研究与工程实践  18-23
  1.3 列车-轨道系统动力学的发展  23-26
    1.3.1 国外轨道动力学的发展  23-25
    1.3.2 国内轨道动力学的发展  25-26
  1.4 本文的主要研究内容  26-27
第二章 板式无砟轨道-高速列车耦合动力学模型  27-38
  2.1 板式轨道系统  27-32
    2.1.1 板式无砟轨道结构  27-28
    2.1.2 国外设计方法  28-30
    2.1.3 国内设计方法  30
    2.1.4 轨道板结构层参数  30-32
  2.2 车辆系统  32-33
  2.3 竖向振动分析模型的基本假设  33-36
    2.3.1 板式无砟轨道竖向分析模型的基本假设  34
    2.3.2 车辆模型的基本假设  34-36
  2.4 车辆-轨道耦合竖向系统振动分析模型  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章 列车-轨道耦合系统竖向振动方程  38-47
  3.1 单元划分和梁单元形函数  38-39
  3.2 车辆与钢轨接触点的约束方程  39
  3.3 车辆-轨道单元的总势能  39-43
    3.3.1 车辆-轨道单元的重力势能  40
    3.3.2 车辆-轨道弹性应变能  40-41
    3.3.3 车辆-轨道单元的阻尼力力势能  41-42
    3.3.4 车辆-轨道单元的惯性力势能  42-43
  3.4 列车-轨道耦合系统竖向振动方程  43
  3.5 列车-轨道耦合系统竖向振动方程求解  43-45
  3.6 程序流程图  45-46
  3.7 本章小结  46-47
第四章 轨道不平顺  47-57
  4.1 国内外轨道不平顺功率谱  48-53
    4.1.1 美国功率谱  49-50
    4.1.2 德国高速谱  50
    4.1.3 中国干线轨道谱  50-53
  4.2 轨道不平顺的数值模拟  53-55
  4.3 轨道随机不平顺样本  55-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 车辆-轨道系统动力响应的概率分析  57-90
  5.1 车辆-轨道系统竖向响应的求解  57-82
    5.1.1 单车模型  57-60
    5.1.2 一动三拖模式  60-82
  5.2 非参数检验  82-90
    5.2.1 二项分布检验  82-83
    5.2.2 总体分布的卡方检验  83
    5.2.3 K-S检验  83-84
    5.2.4 三种检验方法的比较  84
    5.2.5 K-S检验结果  84-90
第六章 结论与展望  90-92
  6.1 本文的主要工作  90-91
  6.2 今后须努力的方向  91-92
参考文献  92-97
致谢  97-98
攻读学位期间的主要研究成果  98

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 铁路线路工程 > 线路理论 > 线路振动
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