车辆—轨道耦合作用下轨道系统的瞬态动力响应
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第３ ８卷 第 ２期
、｛ １ Ｉ ＼Ｉ ！ Ｊ ＿
铁 道 技 术 监 督
Ｉ 、¨ 、、 （ Ｉ 、ＩＩ 、 ＣＯＮＴＲｆ ｌ ） ｌ １ｌ
研 究与 交流
、Ｉ Ｉ、 、＼１ ｌ ） ）Ｉ（ 、 ⅥＬ Ｎ ＡＴＩ １ｆ ＯＮＳ
车 辆一 轨 道 耦 合 作 用 下轨 道 系统 的 瞬 态 动 力 响 应
｛ 引言 ；
随着 我 国铁路 的快 速发 展 ，在列 车 高速化 、重
的空间多 自由度系统 ，为 了便于分析机车车辆对轨 道
系统 的动 力 响应 ，可 以忽略 机车 车辆各 零部 件 的振
动 ，把车体假设为刚体 ，联结并支承于机车车辆 的悬
挂弹簧上［ 。机车车辆一轨道垂 向分析模型见 图 １ 。
ｆ ｉ ｌｍｅ ｔｍｅ ｈ ｄ ｉ ｓ ｄ ｔ ｔｄ ｒ ｎ ｉｎ ｙ ａ ｃ ｒ ｓ ｏ ｓ ｆｔ ｅ ｔ ｃ ｙ ｔ ｍ ｔ ｈ ｈ ｎ ｅ ｏ ｅ ｔ ｉ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ｓ ｕ ｅ ｏ ｓｕ ｙ ｔａ ｓｅ ｔｄ ｎ ｍｉ ｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ｒ ｋ ｓ ｓｅ ｗｉ ｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｆｔ ｒ ｎ ｎｅ ｈ ａ ｈ ｈ ａ ｓ ｅ ｄ，ｔ ｅ ｖ ｈ ｃｅ ｌａ ， ｔ ｅ ｖ ｈ ｃｅ ｓｉ ｎ ｓ ｎ ｈ ｕ ｄ ｔ ｎ ｓｉ ｎ ｓ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉａｅ ｔ ａ ｈ ｘ ｉ ｎ ｅ ｐｅ ｈ ｅ ｉｌ ｏ ｄ ｈ ｅ ｉ ｌ ｔ ｅ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｎ ａ ｉ ｔ ｆ ｅ ｓ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔｔ ｅ ｅ ｃ ｔ ｇ ｆ — ｆ ｏ ｏ ｆ ｓ ｉ ｒ ｑ ｅ ｃ ｆ ｈ ｒ ｉ ｎ ｒ ｃ ｙ ｔｍ ｒ ｑ ｅ ｃ ｅｅ ｍｉｅ ｖ ｂ ａ ｉｎ ｌ ｖ ｌ ｆ ｈ ｒｃ ｙ ｔｍ． ｕ ｎ ｙ ｏ ｅ ｔａｎ ａ ｄ ｔａ ｋ ｓ ｓｅ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｔｒ ｎ ｉｒ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔａ ｋ ｓ ｓｅ ｔ ｏ ｏｔ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｗ ｈ ｅ－ ｉ Ｆ ｒ ｅ Ｖｉ ｒ ｔ ｎ Ａｎ ｌｓｓ ｅ ｌ ｒ ｌ ｏｃ ； ａ ｂ ａｉ ａ ｙ ｉ ；Ｃｏ ｐ ｉ ｇ Ｖｉ ｒ ｔ ｎ； Ｄ ｎ ｍｉ Ｒｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ｕ ｌ ｂａｉ ｎ ｏ ｙａ ｃ ｓｏ ｓ
邹 小魁 ，李建仍 。
（１ 中铁 山桥集 团有限公 司 ，河北 秦 皇岛 ０ ６ ０ ；２ 山 东青岛即墨城 乡建设局 ，山东 青岛 ２ ６ ０ ． ６２５ ． ６ ２ ０）
摘
要 ：基于连续弹性离 散点支承梁分析理论 ，采用瞬态动力有限元分 析方法 ，分析轨道 系统 随列车速
度 、车辆荷 载 、车辆 刚度及基础刚度变化时的瞬态动力响应 。结果表 明，列车激励频 率和轨道 系统 频率 决定
载化 的要 求下 ，针对 车辆一 轨道 系统 的相 互作 用研
究也 越来 越受 到重视 。因此 ，国内外许 多 学者从 实 际 发 展 需 求 出发 ．对 轨道 系统 在 车 辆 荷 载 下 的静 力 、动力 特 ｌ进 行 了详 细 的研 究 ，得 出 了一 些有 意 生
钢 轨
义 的成 果 。尽 管如 此 ，还有 许 多 问题 值 得 去探 讨 。
性 ．将 道床 与路 基作 为整体 刚度 考虑 ，并 设为 线性 变 化 ，不 计 算荷 载在 道床 中的 扩散 。 １３ 模型 单元 及模 型 的求解 ．
为简化 分析 ，文 中采用 将 轨道 系统 简化 为连 续 弹性离散 点支承梁 ［ １ 。机车 车辆结构一般 是一个复 杂
收 稿 日期 ：２０ — ｌ １ ０ ９ １一 ３
了轨 道 系统 的振 动 程 度 。
关键词 ：轮轨作用力 ；振 动分析 ；耦合振动 ；动力响应
中 圈分 类 号 ：Ｕ １ ． ２ ６ １ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ — １８ （０ ０ ２ ０ ３ － ４ ０ ６ ９ ７ ２ １ ）０ — ０ ３ ０
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｏｎ ｔ ａ ｉ ｆｔ ｈ ｏ ｙ ｏ ｏ ｔｎｕ ｕｓ ｅａ ｔ ｓ ｒ ｔ ｉ ｕ ｏ ｔ ｇ ｂ ａ ， ｔ ｅ ｔａ ｉｎｔｄ ｎａ ｃ ｓｒ ｃ ： ｈｅ ｂ ｓｓ ｏ ｈｅ ｔ ｅ ｒ ｆｃ ｎ ｉ ｏ ｌｓｉ ｄｉｃ ｅ ｅ ｐｏｎｔｓ ｐｐ ｒｉ ｅ ｍ ｃ ｎ ｈ ｒ ｎｓｅ ｙ ｍｉ
长 期 以来 ，在轮 轨动力 分 析模 型 中 ，人 们较 多
地 注重 于轨 道结构 的详细 描述 ，而对 机 车车 辆部 分
考 虑 较 少 。但 事 实 上 ，机 车 车 辆 与 轨 道 是 互 相 作
距 离越 远 ，受到 轮载 的影 响越 小 ，距 离轮 载作 用位 置 ４孔 以上 ．受 力 很 小 。因 此 ，建 立 ９根 轨 枕 模
用 、互 为 因果 的统 一 体 ，二 者 具 有 同等 重 要 的 地
位 。机 车车 辆与 轨道 的耦 合作 用对 轮轨 动力 效应 影 响显著 。
１ ． 有 限元模 型 １
型 ．满 足计 算精 度 的要求 。
１ ． 基 本假设 ２
Байду номын сангаас
（ ）轨 道完 全平 整 。 １
（ ）道 床 刚 度 均 匀 ，不 考 虑 道 砟 分 布 的 随 机 ２
为此 ，从 车辆一 轨道 耦合 动力 学 的角度 出发 ，研 究 轨道 系统 随列 车速度 、车辆荷 载 、基础 刚度 及 车辆 弹性 刚度变 化 时瞬态 动力 响应 问题 。
图 １ 车 辆 一 轨 道 垂 向模 型
轨 枕
ｋ ｓ
１ 车辆
轨 道 耦 合 作 用 模 型
为准确 分析 轨道 系统 瞬态 动力 响应 ，机车 车辆 轮 载 作用 在 钢轨 上 ，距 离 轮 载较 近 的钢轨 受 力 大 ，
、｛ １ Ｉ ＼Ｉ ！ Ｊ ＿
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系统 的动 力 响应 ，可 以忽略 机车 车辆各 零部 件 的振
动 ，把车体假设为刚体 ，联结并支承于机车车辆 的悬
挂弹簧上［ 。机车车辆一轨道垂 向分析模型见 图 １ 。
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邹 小魁 ，李建仍 。
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要 ：基于连续弹性离 散点支承梁分析理论 ，采用瞬态动力有限元分 析方法 ，分析轨道 系统 随列车速
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为简化 分析 ，文 中采用 将 轨道 系统 简化 为连 续 弹性离散 点支承梁 ［ １ 。机车 车辆结构一般 是一个复 杂
收 稿 日期 ：２０ — ｌ １ ０ ９ １一 ３
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关键词 ：轮轨作用力 ；振 动分析 ；耦合振动 ；动力响应
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长 期 以来 ，在轮 轨动力 分 析模 型 中 ，人 们较 多
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距 离越 远 ，受到 轮载 的影 响越 小 ，距 离轮 载作 用位 置 ４孔 以上 ．受 力 很 小 。因 此 ，建 立 ９根 轨 枕 模
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１ ． 有 限元模 型 １
型 ．满 足计 算精 度 的要求 。
１ ． 基 本假设 ２
Байду номын сангаас
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（ ）道 床 刚 度 均 匀 ，不 考 虑 道 砟 分 布 的 随 机 ２
为此 ，从 车辆一 轨道 耦合 动力 学 的角度 出发 ，研 究 轨道 系统 随列 车速度 、车辆荷 载 、基础 刚度 及 车辆 弹性 刚度变 化 时瞬态 动力 响应 问题 。
图 １ 车 辆 一 轨 道 垂 向模 型
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为准确 分析 轨道 系统 瞬态 动力 响应 ，机车 车辆 轮 载 作用 在 钢轨 上 ，距 离 轮 载较 近 的钢轨 受 力 大 ，