轨道动力学 轨道结构振动模型

连续弹性基础梁模型（整体）
模型分析

模型具有相当的近似性，均不能完全反映钢 轨的实际受力状态
◦ 钢轨的支承既不是连续支承也不是连续点支承，而 是介于二者之间的一种支承方式

计算结果可以接受
◦ 轨枕数量足够时，两种模型间的计算差异不超过 5% ～ 7% ; ◦ 对刚度较大的轨道，计算差异不超过15%


无砟轨道

激扰
◦ 车轮：车轮擦伤、车轮踏面几何不平顺、 车轮偏心、车轮扁疤 ◦ 轨道：
轨道几何不平顺、轨面不平顺——谐波型 轨下基础缺陷：轨枕空吊、道床板结 钢轨接头：低接头、错牙——脉冲型

脉冲型激扰：低接头、错牙、轨缝、轨 面剥离
◦ 车轮瞬时转动中心突然改变，使车轮对轨 道产生垂直向下的冲击速度，离开这些部 位后，这一冲击速度立即消失，使轮轨系 统形成突发性冲击与振动——脉冲型
轨道系统
◦ 英国Derby铁路技术研究中心：接头冲击动力试 轨道为连续弹性基础支承的欧拉梁； 验 车辆为具有一系悬挂的簧下质量； ◦ Lyon等建立了轮轨动力作用分析模型：研究轨 道基本参数（轨道整体刚度）对轮轨动力的影 轮轨接触为赫兹非线性弹簧 响
为研究车轮踏面擦伤对轨道的动力 作用，钢轨改进为Timoshenko梁， 考虑钢轨剪切应变

机车车辆系统——车辆动力学

轨道系统——轨道动力学
◦ Winkler –弹性地基梁理论 ◦ Timoshenko-应用弹性地基梁理论研究钢轨 动应力问题

轨道系统
◦ 最简单的模型：连续弹性基础上无限长梁 模型、连续弹性点支承梁模型
车轮 轨道不平顺：正弦波 轨下基础：无质量的均布弹簧


（1）车轮扁疤

随着列车速度由低到高，车轮扁疤的冲 击特征必然有一临界速度

车轮以速度V运行时，车轮转动的角速 度为ω=V/R

高速V>=Vcr

（2）接头错牙

迎轮错牙

（3）钢轨低接头

（4）焊缝凸台（迎轮错牙）

（5）轨面剥离、大轨缝
轨道动力学
轨道结构振动分析模型

轮轨相互作用分析及其模型的发展
◦ 轮轨冲击三自由度模型 ◦ Sato半车模型

轨道结构的建模

车辆系统
◦ 轨道结构简化成一个刚体或具有刚度和阻 尼的支承面，同时把轨道上的不平顺作为 激励输入系统； ◦ 只能评价轨道几何不平顺和轨面不平顺对 车辆振动和受力的影响
1、轮轨相互作用分析及其模型的 发展

冲击振动
源自文库
三自由度模型用于轮轨冲击振动分析， 特别是钢轨接头冲击

冲击速度的计算
（2）Sato半车模型

一定长度的轨道不平顺

谐波型激扰
2、轨道结构的建模

集总参数：只能分析轨道参数均匀分布 的条件，且集总简化导致数值误差较大

定性分析
（1）计算模型

连续弹性点支承梁模型（整体+局部）

日本(佐藤裕、佐藤吉彦)、美国 （Ahlbeck）、德国（Birmann）、法国 （Gent）

考虑轨枕

考虑道床
道床质量集中在道床深度一 半处，上半部分刚度作为轨 枕与道床的刚度，下半部分 的刚度作为道床和路基间的 刚度

钢轨接头
钢轨接头：铰接单元
钢轨质量：集中在钢轨支点上
（1）轮轨冲击三自由度模型
低速范围内，两种 模型的预测结果相 差不大 高速时，连续弹性 基础梁模型会过高 估计轮轨动力作用

（2）钢轨模型
（3）模型分层
（4）车辆模型
统一模型建模一般原则
采用连续分布轨道模型 采用连续弹性离散点 支承梁模型 采用Euler梁钢轨模型 采用三层离散点支承梁模型 采用整车-轨道模型