列车—轨道—路基系统竖向振动分析

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。