铁路列车-轨道-基础结构动力相互作用统一分析Part Ⅰ:动力学模型构造与求解

摘要：

铁路列车、轨道及基础结构是铁路工程系统的基本研究对象,在动力学层面对三者间相互作用进行统一描述与分析,是开展铁路工程系统动力学研究的前提.视列车、轨道和基础结构为整体系统,以车辆-轨道耦合动力学理论为方法核心,以弹性总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则为建模思路,将三大子系统耦合为动力学统一矩阵方程,建立铁路列车-轨道-基础结构动力相互作用统一分析模型.该模型引入轮轨空间动态耦合方法描述轮轨系统横向饱和蠕滑作用,垂向弹性接触采用Hertz非线性接触理论,且将车轮和钢轨均作弹性梁处理,实现轮轨柔性系统非线性时变耦合;轨道及基础结构采用不同有限单元类型模拟和组装,直接通过单元节点坐标控制单元位置并推算尺寸,实现轨道-基础结构层间多尺度单元的点、面耦合;引入循环计算方法,解决列车在长距离轨道-基础结构上的时变动力学计算问题;为了实现列车-轨道-基础结构系统的高效振动分析,将整体系统分为上部列车-轨道系统和下部基础结构系统,采用多步长-混合积分模式高效求解.研究结果表明:该统一模型能较好地反映轮轨高频振动特性,且能开展多基础结构形式下的列车-轨道-基础结构耦合动力学分析,具有工程可靠性和适用性.

关键词：铁道工程、基础结构、轮轨耦合、系统振动、动力相互作用

所属期刊栏目：20

分类号：U213.2(铁路线路工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;中国中铁重大专项;中国中铁重大课题;国铁集团实验室基础研究项目;中国科学青年人才托举工程项目;湖南省自然科学基金资助项目;湖南省自然科学基金资助项目;国家重点实验室开放基金;湖南铁院土木工程检测中心开放课题;中国博士后科学基金资助项目

在线出版日期：2023-05-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：1280-1291