杨国伟, 魏宇杰, 赵桂林, 刘玉标, 曾晓辉[1]2015年在《高速列车的关键力学问题》文中研究指明在过去10年时间,中国和谐号系列高速列车经历了一系列速度上的飞跃.在最初引进消化吸收基础上,研制了新一代高速列车并大规模投入运营,伴随这一过程的大量试验与工程实践,大大促进了对高速铁路这样一个车-线-网-气流强耦合的复杂大系统中的关键力学问题的深入理解和全面研究.该文将从6个方面对高速列车研制和运行过程中的典型力学问题的研究进展以及未来的研究方向做一个梳理.考虑到这样一个大系统的复杂性,同时也为了使对高速列车感兴趣的技术与科研人员对这些力学问题有一个比较全面的认识,文中将分别就高速列车的空气动力学、弓网关系、车体振动与车体模态设计、车体运行稳定性、高速轮轨关系、关键结构的运行可靠性和列车噪声等方面的研究进行总结和展望.同时也对中国及国际高速列车发展趋势及其中的力学问题做了一个简要介绍.
全玉云[2]2000年在《机车车辆/轨道系统垂耦合动力学有限元分析的研究》文中指出众所周知，近几十年来，有限元法的发展堪称是突飞猛进的。它以方便、快捷、高精度、适应性广等优点在工程中得到了越来越广泛的应用。尤其是随着近年来计算机技术的飞速发展，有限元法更是倍受青睐。然而，有限元法在机车车辆_—轨道耦合动力学中的应用仍处于起步阶段。其巨大的优越性虽己为人们所关注，但却未能得到充分发挥。本文通过利用有限元法求解机车车辆／轨道系统会向耦合振动问题，试图将其先进技术广泛、深入地引入到机车车辆—轨道大系统的耦合动力学中，从而克服传统多刚体系统动力学研究方法在建模及计算方面的局限性，探讨一些传统研究方法难以解决的问题。 轮／轨关系是联系机车车辆系统与轨道系统的关键环节，属于空间接触问题。大量实际工程应用已充分证实参数二次规划法是解决空间接触问题的一种先进的、行之有效的方法。本文对轮对／轨道系统建立了详细的三维实体有限元模型，并采用参数二次规划法来求解轮对／轨道系统的弹性／弹塑性接触问题，同时归纳出轮／轨法向等效接触刚度与接触力、接触位置的关系。 本文对机车车辆／轨道大系统建立了由空间梁、杆等单元组成的三维有限元模型，利用轮对／轨道系统弹性／弹塑性计算结果，对在几种轨面不平顺（单一谐波型、连续谐波型、钢轨接头等）及激振力作用下机车车辆／轨道大系统的垂向耦合振动进行了研究。其中振动方程的求解采用大连理工大学钟万勰教授开发的精细时程积分法。该算法的时间步长选取与结构自振频率无关，且具有无条件稳定性及可比拟于计算机精度的高精度解等优点。 轨下结构在机车车辆／轨道大系统中扮演着举足轻重的角色。轨下结构的变形、受力情况对于列车运行的安全性、平稳性、线路的使用寿命均起着至关重要的作用。为了能真实地反映各组成部件间的相互作用关系，本文对轮对／轨道系统按五体接触问题建立了详细的三维接触有限元实体模型，并对受载时轨道结构的变形及应力分布做了详细的研究。 本文的研究表明，将有限元法及其先进技术应用到机车车辆一轨道耦合动力学研究中是可行的，不仅如此，它还具有其它传统方法无可比拟的优越性，并具有非常广阔的发展前景。
刘鹏飞[3]2015年在《纵向冲动作用下重载列车与轨道动态相互作用研究》文中研究指明列车编组的加长和轴重的增大对重载列车的开行带来了严峻挑战,列车纵向冲动问题、轮轨动态相互作用问题及列车运行安全性等问题日益突出,特别是列车纵向冲动作用对轮轨动力作用的影响更加明显。探明列车纵向冲动对重载列车和轨道系统的作用方式及影响规律是亟需开展的研究之一。鉴于此,本论文基于列车纵向动力学理论和车辆—轨道耦合动力学理论,针对长大编组的重载列车,开展了列车发生纵向冲动时重载列车与轨道的动态相互作用研究。论文首先从长大编组重载列车的运营条件及力学关系出发,分析了列车车间相互作用及列车与轨道系统动力相互作用的基本原理,进而基于列车纵向动力学理论和车辆—轨道耦合动力学理论建立了重载列车—轨道三维耦合动力学模型,具体包括：重载机车模型、重载货车模型、轮轨动态相互作用模型、轨道系统模型、钩缓系统动力学模型等。其中,针对常用的电机轴悬式机车,机车模型考虑了电机参振、牵引拉杆作用力、驱动力、制动力、车钩力等因素,货车模型考虑了闸瓦压力及空气制动力等；轮轨动态相互作用模型考虑了轮轨间可能发生的大蠕滑现象,给出了蠕滑率和蠕滑力的计算方法；钩缓系统建模中,综合考虑车钩纵向力及其引起的横向和垂向分力。其次,编制了HTTSISIM仿真分析软件,用于研究重载列车与轨道的动态相互作用。针对大系统软件的求解,提出了一种求解方法,确定了列车进行三维建模应遵循的基本原则。采用与现场试验结果比较和同商业软件计算结果对比的方法,从组合列车的纵向冲动、S形平面曲线上车钩的运动姿态、电制动条件下重载列车的动力学特性、曲线上重载货车的轮轨作用力及重载轨道的动态响应等几个方面对仿真分析软件进行了验证,表明编制软件分析结果与试验结果能够较好吻合,可用于重载列车与轨道动力学的研究。以我国较常见的单编万t列车和2万t组合列车为例,分析了列车纵向冲动的产生过程,比较了列车纵向动力学一维模型与重载列车三维分析模型在牵引工况、电制动工况及空气制动工况下计算结果的差异。结果表明,列车空气制动时,一维模型和三维模型的计算结果相当,而在起动牵引和动力制动时两者略有差别,最大车钩力相差不超过16%。同时,对轨道不平顺引起的列车纵向冲动进行了分析,研究表明轨道不平顺对列车纵向冲动的影响较小。结合列车牵引及制动工况下机车车辆的受力特点,对纵向冲动引起的机车车辆轮轨力变化情况进行了分析,列车纵向冲动对轮轨相互作用的影响主要通过车钩力和作用于轮对上的牵引或制动力矩实现。其中,在车辆纵垂平面内,起动牵引和动力制动时机车的轴重转移较为明显,轴重变化率可达到10%,而空气制动时,机车与货车的轴重变化基本在3%以内；在车辆纵横平面内,车钩力和车钩摆角的变化对轮轨力影响显著,牵引和制动力矩对轮轨力影响较小。在此基础上,结合国内外重载线路纵断面坡度及坡度代数差的实际情况,在直线线路上设置了不同类型纵断面的计算条件,以列车的空气制动和缓解操纵为研究重点,采用HTTSISIM软件分析比较了各纵断面条件下单编万t列车和2万t组合列车的纵向冲动作用、机车车辆的轮轨动力作用及轨道系统的动态响应规律。结果表明,列车进行空气制动时,对于不同编组列车,最大车钩力均出现在货车车钩部位,但由于货车自身具有较强的稳钩能力,车钩不会发生大幅度的单向性偏转,轮轨动力作用水平也较低。对于2万t组合列车,中部机车承受了较大压钩力,机车自身的稳钩能力有限,车钩极易发生单向性偏转,引起较大的轮轨作用力,并会对与其相邻的货车也产生影响。其中,凹型竖曲线上中部机车的轮轨动态相互作用最为剧烈。缓解时,机车与货车部位的车钩基本在对中位置波动,轮轨动态相互作用也处于较低水平。最后,针对重载铁路曲线线路,探讨了重载车辆通过曲线轨道的基本特点。研究表明,车辆通过曲线时,前、后转向架悬挂系统会出现不同程度的不均匀承载现象,造成这一现象的主要原因是曲线上轮对、构架和车体所处位置的超高角差不同。以不同形式平纵断面组合的线路区段为例,分析了制动和缓解条件下万t列车和2万t组合列车通过区间线路时产生的纵向冲动作用、车间横向相互作用及轮轨动力相互作用,对列车运行安全性进行了评判。结果表明,在小半径平面曲线上停车制动时,货车两端车钩的偏转幅度主要受曲线走向的影响,车钩纵向力量值对其影响不大,但车钩纵向力会因车钩摆角的存在转换为轮轨作用力,导致更为剧烈的轮轨动力作用。对于机车,车钩极易摆动到极限位置,其车钩摆角由两部分构成,包括曲线引起车钩摆动和机车稳钩能力不足导致的车钩附加偏转。其中,在凹形竖曲线上,压钩力达到最大,相对于惰行工况机车的轮轴横向力增大了约45%,同时轨道结构也发生较大变形,不利于列车安全运行。列车在曲线轨道上制动缓解时,巨大的拉钩力促使车钩趋于对中位置,很大程度上抵消了曲线走向引起的车钩偏转。
马学宁[4]2009年在《车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构系统动力分析》文中提出高速铁路以其速度快、运能大、能耗低、污染轻、占地少以及安全舒适等综合优势,在世界各国得到了迅速发展。但随着列车速度不断提高,随之而来的轮轨系统的动力作用、行车的安全性和舒适性、线路结构的安全性问题也越发突出,而这在我国尚缺乏足够的理论研究和工程实践。本文在简要回顾国内外高速铁路技术发展以及车辆-轨道-路基动力学研究的历史与现状的基础上,建立了整个大系统的耦合分析模型,并对高速铁路有砟轨道/无砟轨道路基结构以及无砟轨道桥路过渡段动力特性进行了数值仿真分析,主要取得了以下几方面的研究成果和结论。(1)建立了二系悬挂条件下车辆-轨道-路基垂向耦合时变分析模型,模型针对列车走形的实际情况,将车辆-轨道-路基系统分为车辆、轨道-路基两个子系统,通过轮轨位移协调相容实现两系统的耦合。以轨道不平顺作为系统激励,采用Newmark-β法对系统运动方程进行求解,得到了影响车辆舒适度与安全性的计算指标,同时,该模型能够充分反映车辆对轨下基础及轨下基础对车辆的相互作用,为更好地解决轨道交通下部结构和上部车辆系统的体系匹配问题提供了分析基础。(2)以前述车-路耦合模型得到的轮轨作用力作为荷载分析前提,建立了有砟轨道/板式无砟轨道-路基三维动力有限元分析模型,考虑了不同单元之间的连接方法,并采用粘-弹性人工边界模拟路基无限边界,还考虑了轨道路基结构材料非线性,借助大型有限元分析软件ANSYS,利用其二次开发功能实现了轨道-路基动力响应的仿真分析。并通过与文献数据及现场测试数据对比验证了模型的正确性和有效性。(3)以客运专线轨道路基参数为基础,利用建立的车辆-有砟轨道-路基动力分析模型,分析了列车速度、轨道不平顺、道床刚度和厚度、基床表层刚度和厚度、路基刚度以及地基刚度对系统动力响应的影响,为客运专线有砟轨道路基的设计和施工提供参考。(4)利用建立的土质路基上板式无砟轨道-路基分析模型,采用高速铁路/客运专线板式无砟轨道的参数,分析了列车速度、轨道不平顺、板式无砟轨道系统动力学参数等对车辆的运行品质、无砟轨道和路基结构的动力响应的影响,为客运专线板式无砟轨道的修建提出了部分轨道、路基参数的合理取值范围。(5)以建立的土路基-刚性基础无砟轨道过渡段动力分析模型为基础,分析了折角不平顺和余弦形不平顺情况下,路桥过渡段动力特性及其对行车性能的的影响,为客运专线无砟轨道路桥过渡段的设计和施工提出了合理的建议。(6)在全面总结论文工作的基础上,提出了本课题有待于进一步研究的若干问题。
蔡成标[5]2004年在《高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》文中研究表明高速铁路以其速度快、运能大、能耗低、污染轻、占地少以及安全舒适等综合优势,在世界各国得到了迅速发展。我国在跟踪研究国外高速铁路技术、积极规划高速铁路的同时,通过新建快速客运专线、大力加强既有线的技术改造大幅度提高了列车的运行速度。但是,随之而来的轮轨系统的动力作用、行车的安全性和舒适性、线桥结构的运用安全性问题也越发突出,而这在我国尚缺乏足够的理论研究和工程实践。因此,快速及高速运行条件下的列车、线路、桥梁动态相互作用问题已成为我国铁路实现跨越式发展亟需开展的基础性研究课题之一。 本文在简要回顾国内外高速铁路技术发展以及车辆-轨道动力学、车桥振动研究的历史与现状的基础上,针对高速铁路列车、线路、桥梁动力相互作用问题,提出了将机车车辆、轨道及桥梁作为一个耦合大系统,以车辆动力学、轨道动力学、桥梁动力有限元方法为基础,以轮轨关系、线桥关系为联系纽带,应用数值仿真的方法来研究高速行车条件下轨道及桥梁结构的动力特性、行车的安全性和舒适性的研究思路。 列车-线路-桥梁耦合动力学模型的正确性和完善程度对仿真结果的可靠性和准确性起着决定性的作用。为此,本文首先建立了比较完善的高速铁路四轴机车车辆以及六轴机车的动力学分析模型。模型中将机车车辆视为多刚体系统,充分考虑了车体、构架、轮对的横向、垂向、侧滚、摇头、点头自由度以及车辆悬挂系统的各种非线性因素。本文在国内首次针对高速铁路桥上有碴轨道、长枕埋入式无碴轨道、板式轨道、弹性支承块式轨道结构以及各种轨道的路桥过渡段建立了系统全面的动力学模型。模型中将钢轨模拟成离散弹性点支承基础上的无限长Euler梁,轨道板视为弹性地基上的等厚度矩形薄板,轨枕、支承块以及离散后的道床视为刚性质量块。同时,本文还根据离散系统动力问题的Hamilton变分原理,建立了桥梁结构的动力有限元方程,给出了桥梁结构动力分析中常用的空间杆单元、空间梁单元以及矩形受弯板单元的力学特性矩阵,并简要讨论了桥梁结构的阻尼矩阵以及特征值问题。 轮轨关系和桥轨关系是机车车辆、轨道和桥梁之间相互作用的联系纽带。本文详细论述了应用轮轨空间接触几何关系、轮轨法向Hertz非线性弹性接触理论、轮轨切向蠕滑理论、桥轨相互作用关系进行车线桥耦合动力学分析的原理,并简要介绍了列车-线路-桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM。 高速铁路列车、线路、桥梁的动态安全性和行车舒适性的评价标准将直接影响线桥结构设计的质量和经济性。本文对国内外有关机车车辆、轨道及
李志强[6]2003年在《铁路车辆/轨道系统冲击载荷响应的数值分析》文中进行了进一步梳理随着计算机的迅猛发展，数值模拟已成为分析和解决工程实际问题的一种必不可少的手段。特别是近年来，有限元法以方便、快捷、精度高、周期短、适应性广等优点在工程中得到了越来越广泛的应用。然而，有限元法在机车车辆／轨道系统耦合动力学中的应用仍处于起步阶段。为了克服传统多刚体系统动力学研究方法在建模及计算方面的局限性，比较真实地反映车辆／轨道系统的相互作用和相互影响。本文采用FEMB前后处理程序建立了车辆／轨道耦合系统的有限元模型，利用LS—DYNA3D非线性动力分析程序来研究车辆／轨道系统冲击动力响应问题，试图将其先进技术深入地应用到车辆／轨道大系统的其它领域，探讨一些传统研究方法难以解决的问题。 车辆与轨道的动态相互作用问题，是铁路轮轨接触式运输系统中最基本的问题，它直接制约着铁路运营速度的提高和运载重量的增加。本文在建立车辆／轨道系统有限元模型的基础上，着重对车辆通过轨道接头处引起的冲击问题进行了计算机模拟，并与车辆／轨道系统现场实验测得的数据进行了对比，验证了有限元模型的正确性，进一步分析了轨道系统的动态响应，为提高车辆／轨道系统的动态性能提供有价值的数据。 本文的研究表明，利用有限元法的思想来研究车辆／轨道耦合动力学问题是可行的，它还具有其他传统方法无可比拟的优越性，并具有十分重要的应用价值。
全玉云, 孙丽萍, 吴昌华, 王生武[7]2005年在《机车车辆/轨道系统垂向耦合动力学分析》文中研究指明考虑到多刚体系统动力学研究方法在建模及计算方面的局限性,将有限元法引入到机车车辆 /轨道大系统的垂向耦合振动研究中来.为了真实模拟在轨道上不同位置的轮轨接触关系,用有限元参数二次规划法求出了轮轨等效接触刚度曲线,建立了统一的机车车辆 /轨道耦合系统.通过建立系统的有限元分析模型,利用精细时程积分算法求解系统振动方程,分析研究了机车车辆在无限长轨道上运行时,在轨道不平顺激扰下,轮 /轨间相互作用力、机车车辆 /轨道系统中各部件的振动加速度及位移变化规律.研究结果表明,该方法不但可行,而且具有其它传统方法无可比拟的优越性.
朱艳[8]2006年在《高速铁路车—线—桥耦合振动理论的初步研究》文中进行了进一步梳理列车通过桥梁时，通过轨道引起桥梁的振动，而桥梁的振动也通过轨道引起车辆的振动。因此车辆—线路—桥梁是一个相互影响、相互作用的耦合系统，轮轨关系和桥轨关系是将三者联系起来的纽带。以往的车桥耦合振动分析在轨道模型的建立和桥轨动力耦合作用上没有详细考虑，难以较为真实地模拟轨道—桥梁相互作用关系。另一方面，列车走行安全性和旅客乘坐舒适性的正确评价有赖于轮轨关系的真实模拟。可见，有必要详细分析轮轨关系和桥轨关系，在此基础上，编制了车-线-桥耦合系统计算程序。 本文将车体、转向架和轮对视作具有横向、垂向、侧滚、点头和摇头5个自由度的刚体，考虑车辆系统的非线性特性。建立有碴轨道动力学模型和运动学方程。使用有限元法建立桥梁系统的运动方程，讨论了普通空间梁单元的单元刚度矩阵和质量矩阵。使用子空间迭代法求解结构振动的特征值。介绍了轮轨接触几何原理，采用赫兹非线性弹性接触理论求解轮轨法向力，关于轮轨蠕滑力的计算，首先按Kalker线性理论计算，然后采用沈氏理论进行非线性修正。介绍了桥轨相互作用关系和轨道不平顺。由于车-线-桥系统方程的复杂性，求解采用数值方法，对列车-轨道动力学方程采用新型快速显式积分法，对桥梁动力学方程则采用Newmark-β法。讨论了列车运行安全性及其评价指标和运行品质指标及其评价指标，如脱轨系数、轮重减载率、Sperling舒适性指标等。 使用自行编制的车-线-桥系统动力分析程序对秦沈线24m简支梁做仿真分析，并与实测结果对比，验证了分析程序的可靠性。
李献民[9]2004年在《高速铁路加筋过渡段静动力特性数值分析及试验研究》文中研究说明高速铁路的发展必须以安全、可靠、舒适等为前提，这些均取决于构成铁路系统各方面的高品质和高可靠性。车辆通过路桥(涵)过渡段，常常会发生“跳车”现象，大大降低了车辆运行的安全性和舒适度。而伴随着我国高速铁路的迅猛发展，路桥(涵)过渡段存在的问题比以前显得更加突出。基于国内外关于过渡段问题的研究现状，在综合分析的基础上，结合铁道部科技攻关课题的试验和研究，开展了本文的研究工作。本文采用理论研究、现场试验、数值分析相结合的研究方法，取得了如下主要研究成果和结论： (1)基于增量弹塑性理论，引入接触面单元来模拟格栅纵横肋与土的相互作用，建立了土工格栅加筋土的动弹塑性本构模型、以及动力计算模型。 (2)根据车辆-轨道耦合动力学理论，以及无碴板式轨道动力学理论，采用有限元与无限元相结合的方法，建立起车辆-轨道过渡段耦合动力三维分析模型。 (3)编制了开放功能良好的车辆-轨道-枕下结构动力有限元分析程序，并与弹性理论计算值、现场实测值进行比较，验证了计算程序的可靠性和适用性。 (4)基于“空间场”观点，首次对列车静载作用下的过渡段轨道-路基结构的矢量场特征进行了研究，并取得了如下成果： ①过渡段矢量场在线路纵向上、横向上和深度方向上的分布规律； ②土工格栅加筋桥台台尾过渡段后，对矢量场的分布具有很好的改善作用； ③列车静载作用下土工格栅加筋桥台台背的反力矢量场分布特征； ④土工格栅的加筋、列车的静轴重、基床表层的K30对枕下结构矢量场影响作用的敏感性分析特征。 (5)基于“时空场”观点，通过对路桥过渡段区域列车移动荷载作用下的车辆-轨道-路基的数值模拟仿真，对比分析了列车驶向、列车速度、桥台台尾的加筋、轨面的平顺性及不平顺波深等因素对车辆-轨道-路基系统动力性能的影响，并提出了过渡段车辆平稳舒适性的动力学控制指标。 (6)通过现场大量实测数据的时频分析，以及过渡段路基面动响应特征的分析研究，提出了高速铁路过渡段路基面同样存在“临界速度”的新概念；首次提出并推导了预测过渡段路基面动响应变化趋势的列车轴重变化系数公式;提出了“超高”填筑路基以减小过渡段沉降差和动响应的设计思想。 (7)通过对三个试验工点沉降观测数据的分析研究，得到了过渡段路基在线路横断面和线路纵断面上特有的沉降曲线规律。 (8)通过对铁路路桥过渡段设计和技术处理措施规范的分析，专门研究了级配碎石(砂砾)结构和A、B类土加土工格栅结构的填筑工艺流程。关键词高速铁路，路桥过渡段，土工格栅，加筋土，空间矢量场，动力响应，动力学性能
凌亮[10]2015年在《高速列车—轨道三维刚柔耦合动力学研究》文中研究指明经过近10年的快速发展,我国已建成世界上规模最大的高速铁路网,因此确保高速列车在长期服役过程中的安全平稳运行将是我国高速铁路运营中所面临的重大挑战。高速列车的安全平稳运行取决于列车-轨道耦合系统的动态特性和运行状态下的行为,因而广泛而深入地开展高速列车-轨道大系统耦合动力学研究,是我国高速铁路技术得以持续发展并保持世界领先地位的基本前提条件。高速列车-轨道耦合动力学研究是一个十分复杂的课题,其理论建模和数值仿真的研究涉及车辆工程、力学、数学等众多学科,当前的列车-轨道耦合动力学理论还不能很好地模拟和解释我国高速列车运营中出现的诸多动力学现象及其机理,如高速列车系统柔性振动引发的车体异常抖动、车轮高阶多边形磨耗、转向架悬挂部件的疲劳破坏等。因此,复杂运行状态下高速列车-轨道刚柔耦合动力学研究是我国铁路领域急需开展的基础研究课题。本文针对高速列车-轨道三维刚柔耦合动力学建模及我国高速列车运营中出现的典型动力学问题,开展了以下几方面的研究工作：(1)对列车-轨道刚柔耦合动力学的研究历史和现状进行了详细论述,明确了高速列车-轨道三维刚柔耦合动力学研究的意义,探讨了目前高速列车-轨道刚柔耦合动力学研究存在的问题及今后可能的发展方向。(2)建立了较为完整的高速列车-轨道三维刚柔耦合动力学理论分析模型,并开发了相应的数值仿真程序。整个理论分析模型由列车系统动力学模型、轨道系统动力学模型、轮轨空间动态接触模型、列车/轨道耦合界面激励模型四个子模型组成。该模型能够模拟匀速及变速状态下高速列车与轨道的刚柔耦合振动行为,突破了传统列车-轨道耦合动力学模型不能模拟列车变速状态下系统动力性能的局限性,拓展了现有列车-轨道耦合动力学的频率分析范围。(3)建立了基于多刚体理论的高速列车纵／横／垂三维耦合动力学模型和分析频率较宽的高速列车刚柔耦合动力学模型。多刚体模型中,每节车辆简化为42自由度的质量-弹簧-阻尼系统；刚柔耦合动力学模型中,每节车辆的车体及转向架构架采用柔性体建模,借助于有限元模态分析技术和模态叠加法对车体和构架的柔性振动响应进行求解,实现了1000 Hz以内构架柔性振动及50 Hz以内车体柔性振动行为的模拟；列车模型考虑了车辆一二系悬挂部件和车间连接部件的时频非线性特性。(4)建立了较完善的高速有砟及无砟板式轨道动力学时域分析模型。模型中有砟轨道为钢轨-轨枕-道床三层结构,而板式轨道则为钢轨-轨道板两层结构。针对不同的动力学研究需求,建立了两种钢轨动力学模型：基于Timoshenko梁的离散支承连续梁模型及基于空间梁单元的有限元模型,两种钢轨模型的振动响应求解均采用模态叠加法；轨枕模型考虑其垂向弯曲振动、纵向和横向平动及摇头运动,垂向弯曲变形采用两端自由的Euler梁模拟；轨道板采用三维实体有限元建模,采用有限元模态分析技术和模态叠加方法求解轨道板的振动响应；有砟轨道中的碎石道床离散为集中质量块,只考虑其垂向振动,道床块之间由剪切弹簧-阻尼单元相连。扣件系统及轨道板间的连接采用线性的弹簧-阻尼单元模拟,有砟轨道道床及轨道板下支撑结构均简化为均匀一致分布的粘柔性单元,忽略桥梁及路基振动的影响。(5)改进了高速轮轨三维滚动接触计算模型。轮轨空间接触几何关系采用迹线法和最小距离法求解,轮轨法向力采用非线性Hertz接触理论进行计算,轮轨蠕滑力的求解则基于沈氏理论,其中轮轨蠕滑率的计算考虑了车轮向前滚动和钢轨纵向、横向、垂向及扭转运动的影响。(6)提出了移动钢轨模态模型和轨道长度自适应模型两种新型的列车／轨道界面耦合计算模型。移动钢轨模态模型中,钢轨采用Timoshenko梁模拟,钢轨的模态分析在其几何坐标系中进行,而钢轨动态响应的求解则基于全局惯性坐标系,轨下支撑结构的计算长度根据移动列车坐标系在全局坐标系中的位置而自动调整；轨道长度自适应模型中,钢轨采用有限元方法建模；轨道结构各部件的计算长度相互协调并根据移动列车坐标系在全局坐标系中的位置而自动调整。基于建立的高速列车-轨道三维刚柔耦合动力学模型,主要开展了以下三方面研究工作：①系统研究了变速状态下高速列车的动态响应特征；再现了低黏着情况下车轮牵引打滑和制动抱死条件下列车的纵向动力学行为；分析了牵引制动载荷对高速列车运行稳定性、安全性及平稳性的影响规律；初步调查了变速移动列车作用下轨道结构的动态响应特征。②深入调查了车体柔性振动对高速列车运行平稳性、乘坐舒适性及运行安全性的影响规律,并开展了基于乘坐舒适性的轨道不平顺敏感波长研究；详细分析了构架柔性振动对其振动响应及高速列车运行安全性及平稳性的影响规律,并初步探讨了高速列车车轮高阶多边形磨耗与构架柔性振动的相关性。③详细分析了轨道模型中钢轨及轨下支承部件建模方法对高速列车-轨道刚柔耦合振动性能的影响规律；比较了有砟轨道与无砟板式轨道振动性能的差异；模拟了高速铁路线路枕跨冲击现象,并调查了其关键影响因素及相关缓解措施。
参考文献：
[1]. 高速列车的关键力学问题[J]. 杨国伟, 魏宇杰, 赵桂林, 刘玉标, 曾晓辉. 力学进展. 2015
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[4]. 车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构系统动力分析[D]. 马学宁. 兰州交通大学. 2009
[5]. 高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究[D]. 蔡成标. 西南交通大学. 2004
[6]. 铁路车辆/轨道系统冲击载荷响应的数值分析[D]. 李志强. 太原理工大学. 2003
[7]. 机车车辆/轨道系统垂向耦合动力学分析[J]. 全玉云, 孙丽萍, 吴昌华, 王生武. 大连铁道学院学报. 2005
[8]. 高速铁路车—线—桥耦合振动理论的初步研究[D]. 朱艳. 西南交通大学. 2006
[9]. 高速铁路加筋过渡段静动力特性数值分析及试验研究[D]. 李献民. 中南大学. 2004
[10]. 高速列车—轨道三维刚柔耦合动力学研究[D]. 凌亮. 西南交通大学. 2015