重載鐵路車-軌-橋系統(tǒng)垂向建模及動(dòng)力性能優(yōu)化.pdf

1、重載鐵路運(yùn)輸提速、大軸重、長(zhǎng)編組的發(fā)展需求，對(duì)車-軌-橋系統(tǒng)的安全性和耐久性提出了更高的要求，建立動(dòng)力學(xué)仿真模型研究車-軌-橋系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)并進(jìn)行優(yōu)化，可以為線路設(shè)計(jì)提供相關(guān)設(shè)計(jì)依據(jù)以滿足其發(fā)展需求。
　　本文將車輛視為多剛體系統(tǒng)，推導(dǎo)了重載鐵路有砟軌道-橋梁有限單元方程，采用赫茲非線性輪軌關(guān)系建立了重載鐵路車-軌-橋系統(tǒng)垂向動(dòng)力學(xué)模型，編制Matlab程序?qū)崿F(xiàn)了車-軌-橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的迭代求解，并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了模型的可

2、靠性。隨后選取了車輛、軌道、橋梁參數(shù)，進(jìn)行車-軌-橋系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析，研究了不同軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)下系統(tǒng)響應(yīng)峰值的變化規(guī)律。基于該變化規(guī)律，設(shè)立單目標(biāo)、多目標(biāo)動(dòng)力響應(yīng)優(yōu)化工況，采用Pareto排序的遺傳算法優(yōu)化方法對(duì)車-軌-橋系統(tǒng)動(dòng)力性能進(jìn)行優(yōu)化，得到不同工況下最優(yōu)參數(shù)取值。通過研究得出以下主要結(jié)論:
　　(1)軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)車-軌-橋系統(tǒng)各部件響應(yīng)峰值具有不同程度的影響。當(dāng)軌下墊層剛度kp和道床厚度hb發(fā)生變化時(shí)，主要影響鋼軌

3、、軌枕、道床垂向加速度、速度響應(yīng)峰值，尤其是垂向加速度響應(yīng)峰值，對(duì)橋梁響應(yīng)峰值影響不大，且對(duì)整個(gè)系統(tǒng)垂向位移響應(yīng)影響不大。
　　(2)單類動(dòng)力響應(yīng)峰值優(yōu)化結(jié)果表明，鋼軌加速度響應(yīng)峰值最小時(shí)，軌下墊層剛度kp為160MN/m，道床厚度hb為0.31m;道砟塊加速度響應(yīng)峰值最小時(shí)，軌下墊層剛度kp為60MN/m，道床厚度hb為0.60m。不同優(yōu)化結(jié)果相互比較時(shí)，軌下墊層剛度kp或道床厚度hb的最優(yōu)取值存在差異，實(shí)際工程中需兼顧系統(tǒng)響應(yīng)

4、水平。
　　(3)多類動(dòng)力響應(yīng)峰值的優(yōu)化結(jié)果表明，鋼軌加速度響應(yīng)與軌枕加速度響應(yīng)，或鋼軌加速度響應(yīng)與道砟塊加速度響應(yīng)組合時(shí)，軌下墊層合理剛度kp為180MN/m，道床合理厚度hb為0.39m，軌枕加速度響應(yīng)與道砟塊加速度響應(yīng)組合時(shí)，軌下墊層合理剛度kp為160MN/m，道床合理厚度hb為0.60m。本文從車-軌-橋系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的角度出發(fā)，結(jié)合不同優(yōu)化目標(biāo)給出了道床厚度、軌下墊層剛度參考取值。
　　(4)在優(yōu)化效率方面，本研