扣件膠墊動態(tài)幅頻變特性對高速輪軌動力響應的影響研究.pdf

1、鋼軌扣件系統(tǒng)中的彈性橡膠墊板，是無砟軌道結構中具有彈性和阻尼性能的重要組成部件，其動態(tài)力學性能對車輛與軌道系統(tǒng)振動以及輪軌間相互作用都有重要的影響。已知表征彈性橡膠墊板動態(tài)力學性能的基本參數(shù)隨溫度、頻率變化，且與應變幅值有關，因此，研究溫度、頻率、振幅對無砟軌道扣件系統(tǒng)中彈性墊板的動態(tài)力學性能的影響規(guī)律，進而分析其對輪軌系統(tǒng)隨機振動響應，尤其是對高頻振動的影響具有重要意義。
　　本文首先以350km/h時速無砟軌道系統(tǒng)中使用較多的

2、Vossloh300型扣件為測試對象，結合了非線性摩擦力模型的相關知識，設計了非線性摩擦力模型參數(shù)識別試驗和定頻變溫試驗，得到非線性摩擦力模型計算參數(shù)后，實測分析了在-60℃～20℃范圍內考慮與不考慮摩擦力（幅變特性）后扣件膠墊儲能剛度與損耗因子隨溫度的變化規(guī)律，結果表明:隨溫度降低，摩擦力對扣件膠墊儲能剛度與損耗因子的影響均減小，但是摩擦力對損耗因子的影響要遠大于對儲能剛度的影響。結合溫頻等效原理，得到扣件膠墊儲能剛度與損耗因子隨頻率

3、的變化規(guī)律，結果表明:隨著頻率升高，摩擦力對儲能剛度與損耗因子的影響減小，但摩擦力對損耗因子的影響大于對儲能剛度的影響。
　　對分數(shù)階Zener模型的時域本構關系式進行變換，推導出頻域內儲能剛度和損耗因子的表達式，分別對考慮與不考慮摩擦力下頻域內扣件膠墊儲能剛度和損耗因子的變化曲線進行擬合，得到分數(shù)階Zener模型的計算參數(shù)。
　　基于輪軌動力學的理論基礎，推導出非線性摩擦力模型與分數(shù)階Zener模型應用到車輛-軌道垂向系統(tǒng)

4、耦合動力學中的計算公式，分析了扣件膠墊幅頻變特性對車軌垂向耦合系統(tǒng)時域動力響應的影響規(guī)律，結果表明:(1)扣件膠墊的動態(tài)幅頻變特性對行車安全性影響很大，考慮扣件膠墊的頻變特性后輪重減載率大幅增大，考慮幅變特性后可適當減小輪重減載率最大值;(2)扣件膠墊的頻變特性能明顯增大輪軌間相互作用，幅變特性的存在能適當減小輪軌相互作用幅度;(3)扣件膠墊的動態(tài)幅變特性和動態(tài)頻變特性對行車平穩(wěn)性的影響均很小，可忽略不計;(4)非線性摩擦力模型中關鍵參

5、數(shù)x2減小和Ffmax增大對時域動力響應的影響一致，其效果和扣件膠墊動態(tài)幅變特性對輪軌垂向系統(tǒng)動力響應的影響效果類似。
　　將時域動力響應的部分計算結果通過FFT變換和1/3倍頻不計權處理后，分析扣件膠墊的幅頻變特性對輪軌系統(tǒng)寬頻振動的影響，結果表明:(1)忽略扣件膠墊的動態(tài)幅變特性會人為增大膠墊的頻變特性，導致輪軌系統(tǒng)高頻部分動力響應增大;(2)扣件膠墊的動態(tài)幅變特性能有效緩解由動態(tài)頻變特性帶來的不利影響，尤其是對高頻部分的不利