列车通过桥梁时将引起桥梁结构的振动,而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动,这种相互作用、相互影响的问题就是车辆与桥梁之间振动耦合的问题。~百多年来关于列车~桥梁振动的研究表明了车桥振动这一问题的复杂性与困难性。随着高速铁路在世界各国的广泛修建,列车高速度过桥时引起桥梁振动的主要因素和振动机理与中低速情况有很大差别,因此,车桥动力分析问题也越来越受到桥梁研究者的关注。
本文在总结和吸取前人研究成果的基础上,针对高速铁路列车~桥梁系统耦合振动问题而展开o 7主要研究内容如下:
1.车桥振动研究的总结和评述:在对车桥振动研究的历史与现状进行回顾与总结的基础上,就其研究思路、车辆分析模型、桥梁分析模型、轮轨接触关系、激励源、数值计算方法6个方面,系统阐述已取得的研究成果,同时指出存在的需进一步完善钓问题,为车桥振动研究提供参考。
2.建立了较完善的机车车辆分析模型和较精确的轮对运动方程:考虑三维非线性轮轨接触几何关系,用Kalker蠕滑理论研究了轮轨接触区的蠕滑效应,建立了较为详细的轮对运动方程,提出用迭代法来求解轮轨蠕滑力从而对现有蠕滑力求解方法进行了改进;并采用D’Alembert原理推导了23个自由度车辆的运动方程。
3.提出了车桥系统运动方程求解的分离迭代技术和相应的数值解法:对建立车桥系统方程的各种不同方法进行归纳与总结;详细建立了车桥耦合关系,即轮轨接触点处的几何相容条件和静力平衡条件,给出了由于桥梁位移和轨道不平顺而引起的作用在车辆上的轮轨力,以及由于车辆位移引起的作用在桥梁上的轮轨力。在此基础上,建立起车桥系统控制方程,提出了车桥系统方程求解的分离迭代技术:并编制车桥耦合振动分析程序。
4.列车运行安全性与舒适性评价标准的总结:对日本关于大跨度桥梁列车运行安全性的研究作了介绍,讨论轮对脱轨过程、单轮脱轨及Nadal公式、轮对脱轨及其评价、轮重减载率及其与脱轨安全性的关系,以及各种舒适性评价指标(Sperling指标、Janeway指标等),对各评价指标进行了详细的比较分析。