[本篇论文由上帝论文网为您收集整理，上帝论文网http://paper.5var.com将为您整理更多优秀的免费论文，谢谢您的支持]【摘要】文章对车辆——轨道系统动力模型与轮轨噪声模型进行了分析，力求降低轨道结构振动强度，延长设备使用寿命，降低轮轨噪声，保证列车运行的安全、舒适、平顺，加快高速铁路的发展。 
　　【关键词】高速铁路；轨道动力系统；轮轨噪音；模型比较

 
      轨道结构是由不同力学性能的材料：钢轨、轨枕、道床和基床等组合而成，结构比较松散。当列车通过时，轨道结构受随时间变化的移动荷载反复作用并强烈振动，使轨道几何形位改变，线路设备在破坏，影响列车平稳运行，甚至危及列车安全。近年来，行车速度和列车重量都不断提高，迫切需要对机车车辆和轨道结构的动力特性有更深刻的了解，以便合理控制不平顺，减少轨道结构不平顺引起的动力响应。同时许多国家随着铁路提速计划的实施， 高速铁路的发展， 由列车运行产生的噪声问题变得非常严重。这不仅指高速旅客列车，同样亦指提速的货物列车，这样的货物列车所产生的噪声亦是人们深切关注的。采用有效措施， 降低噪声已成为当前高速铁路发展中的迫切任务。为此，有必要用轮轨系统动力学对轮轨噪声机理进行深入研究，以便有效控制。
　　一、车辆——轨道系统动力分析模型
      轨道动力分析模型的发展受计算能力、模拟目的和所需数据制约。针对不同的问题，有不同的模型，且随着计算能力提高，模型中考虑的因素越来越多，模型也越来越完善。现在的轨道动力分析模型既考虑了线路下部结构的影响，也考虑了车辆的影响。
　   （一）连续弹性支承无限长梁模型





     连续弹性支承无限长梁模型是分析轨道动力特性使用较早的模型有多层和单层之分。单层连续弹性支承梁模型是我们熟知的用于轨道竖向受力分析的连续弹性基础梁模型，该模型将钢轨当作无限长欧拉梁，轨下基础弹性支承简化为线性分布弹簧k。用于动力分析时，模型上考虑了钢轨单位长度质量m，但轨下基础仍不计质量，如图1所示。在此模型的基础上，后来的一些研究工作改进了此模型，考虑了轨下基础的阻尼，并将轨下基础的参振质量也并入梁中。这种模型无论对木枕还是混凝土枕轨道，均可满意的显示出频率在100Hz以下的轨道动力特性，在世界各国铁路轨道动力分析中得到了广泛的应用。

    随着混凝土轨枕、轨枕板的应用，轨枕的质量占很大比重，同时对扣件要求越来越高，模型发展到两层，以便能考虑轨枕质量的影响 (图2)。1987年日本铁路根据大量实验，提出三层轨道连续支承梁竖向振动分析模型（图3），其第一层梁代表钢轨，第二层梁包含轨枕和道床上部10cm质量，第三层代表道床10cm深度以下质量和路基参振质量。
      除了层次增加外，模型的差别还表现在是否考虑梁的剪切变形和转动惯量方面。计算出的临界速度、位移、弯矩比较表明，二者相差很小。
　   （二）弹性点支承梁模型
      早期的轨道既使用横向，也使用纵向轨枕，但横向轨枕轨道占多数。而现在轨道基本上都使用横向轨枕，横向轨枕轨道的钢轨实际上是按一定间距被轨枕支承的，因此、点支承模型更接近轨道实际。其次，轨道病害造成轨下支承失效，如扣件失效、轨底橡胶垫脱落、轨枕悬空等产生的动力学问题也和点支承属性有关。


     点支承模型把钢轨看作按一定间距被弹簧质量系统支承的欧拉梁，计算相对复杂。随着数字计算方法的发展和计算机的广泛应用发展很快。
      我国铁路设计规范中进行强度计算的单层连续弹性点支承梁轨道模型如图4所示。在进行动力分析增加了钢轨质量，有时还考虑了轨下基础阻尼。

      混凝土轨枕刚性大，扣件的弹性非常重要，单层模型不能分析它的影响。为了分析轨枕和扣件的振动特性，特别是混凝土轨枕轨道的振动特性。建立的轨道双层点支承梁模型如图5所示。为了更详细了解轨道振动特性，建立的包括钢轨、轨枕、道床、路基在内的三层点支承梁模型，其中道床被离散为质量块。也有考虑道床的剪切作用，在道床质量块之间加上弹簧阻尼系统连接起来的模型；考虑道床不同深度响应不同，将道床分为三层（石碴二层，砂垫层一层）的五层弹性点支承梁轨道模型。
      点支承梁模型的长度受计算方法的影响，有些是无限长的，有些是有限长的。用有限元法、键图法及振形叠加法求解时钢轨长度只能考虑为有限长。但用传递矩阵法时可以用无限长梁模型也可以用有限长梁模型。
　   （三）车辆——轨道耦合系统动力模型
　　机车车辆和轨道结构是一个统一的振动系统。由于问题的复杂性，早期受计算能力的限制，对轨道结构和车辆的振动分析是分开进行的。随着计算机的快速发展，车辆——轨道系统动力学迅速发展。
      实验表明车辆振动频率较低，轨道振动频率较高，用只考虑轨道结构的模型分析也能得出比较满意的轨道动力特性。但为了研究轨道不平顺和车轮不圆顺引起的轮轨系统振动和冲击、钢轨磨耗成因、列车脱轨条件等，就不得不考虑轮轨系统的相互作用。轮轨系统是用赫芝弹簧将轨道和车辆耦合起来的。车辆由车体、转向架构架、轮对及相应的弹性、阻尼联结零件组成。车体有6个方向的运动，分别为浮沉、横摆、伸缩、摇头、点头和侧滚运动。转向架的构架简化为工字型刚性结构，也有6个方向的运动。轮对一般只考虑竖

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