1軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的課件

1、2022/9/91第七章軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析第一節(jié) 概述第二節(jié) 作用于軌道上的力第三節(jié) 軌道結(jié)構(gòu)垂向受力分析及計算方法第四節(jié) 無砟軌道彈性支承疊合梁計算第五節(jié) 曲線軌道橫向受力分析第六節(jié) 機車車輛軌道動力作用的仿真計算概述2022/9/92本章重難點1.軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的目的是什么？軌道結(jié)構(gòu)承載力的計算包括哪三方面？2.軌道結(jié)構(gòu)垂向受力分析及計算方法 3.曲線軌道橫向受力分析2022/9/93 第一節(jié) 概述軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析： 軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，就是應(yīng)用力學(xué)的基本原理，結(jié)合輪軌相互作用理論，運用設(shè)計模型來進(jìn)行分析。應(yīng)用力學(xué)的基本原理，在輪軌相互作用理論的指導(dǎo)下，用各種計算模型來分析軌道及其各個部件在

2、機車車輛荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力、變形及其他動力響應(yīng)。2022/9/94軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析目的：（1）確定機車車輛作用于軌道上的力；并了解這些力的形成及其相應(yīng)的計算方法。（2）在一定運行條件下，確定軌道結(jié)構(gòu)的承載能力；2022/9/95軌道結(jié)構(gòu)承載能力計算包括三個方面：（1）強度計算；（2）壽命計算；（3）殘余變形計算。2022/9/96第二節(jié) 作用在軌道上的力1.垂向力2.橫向水平力3.縱向水平力圖7-1 輪軌之間作用力三部分：2022/9/97一、垂向力靜載：自重+載重動載：附加動壓力（動力附加值） 1）機車車輛構(gòu)造與狀態(tài)原因引起：a）車輪扁瘢、擦傷沖擊荷載； b）車輪不圓順沖擊 2）軌道構(gòu)造與狀

3、態(tài)引起： a）接頭沖擊 b）焊縫沖擊c）軌道不平順 3）機車車輛在軌道上的運動方式引a）蛇行偏載b）曲線偏載垂向力的主要組成部分是車輪的輪載2022/9/982、確定垂向力的方法1）概率組合：用概率組合的方法將上述諸原因引起的垂向力組合起來，求得概率為最大的垂向力。這方法是前蘇聯(lián)學(xué)著把由彈簧振動、軌道不平順、車輪單獨不平順、車輪連續(xù)不平順等原因引起的各垂向力用概率組合起來求得最大值。2022/9/99（2）速度系數(shù)法確定垂向力左側(cè)的系數(shù)分別可由實驗或計算來確定，這將在后面的軌道強度計算中詳細(xì)介紹。2022/9/9103 ）計算模型圖為復(fù)雜車輛一軌道模型，利用這種模型可以計算車輛通過軌道時，因軌

4、道不平順或車輪扁?；蜾撥壍徒宇^等原因產(chǎn)生的垂向力。這種方法日益受到大家的重視。2022/9/911二、橫向水平力1、定義：輪緣作用在軌頭側(cè)面的橫向水平力2、產(chǎn)生原因?qū)蛄ψ钪饕脑蛏咝辛η€上未被平衡的離心力軌道方向不平順圖7-1 輪軌之間作用力2022/9/912三、縱向水平力1）爬行力鋼軌在動載作用下波浪形撓曲2）坡道上列車重力的縱向分力3）制動力9.8Mpa4）溫度力5）摩擦力縱向分力2022/9/913第三節(jié) 軌道結(jié)構(gòu)豎向受力分析及計算方法準(zhǔn)靜態(tài)計算方法：1）軌道強度靜力計算；2）軌道強度動力計算準(zhǔn)靜態(tài)計算；3）軌道各個部件強度檢算。計算在垂直動荷載作用下，各部件的應(yīng)力2022/9/

5、914一、軌道靜力計算計算模型：有兩種1）連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁模型；2022/9/915 2）連續(xù)彈性點支承梁模型2022/9/916彈性基礎(chǔ)梁法鋼軌：支承在彈性基礎(chǔ)上的無限長梁墊板軌枕+道床+路基=彈性基礎(chǔ)符合Winkler假設(shè)2022/9/917Winkler 假定作用于彈性基礎(chǔ)單位面積上的壓力，和壓力所引起的沉陷之間成直線比例關(guān)系。2022/9/918（1）基本假設(shè)1）鋼軌與車輛符合標(biāo)準(zhǔn)要求；2）鋼軌是支承在彈性基礎(chǔ)上的無限長梁；3）輪載作用在鋼軌對稱面上，兩股荷載相等；4）兩股鋼軌分開計算；5）不考慮軌道自重。2022/9/919（2）基本參數(shù)12022/9/920反映軌道基礎(chǔ)彈性的參數(shù)了解

6、基礎(chǔ)彈性的特點道床系數(shù)鋼軌支點剛度系數(shù)鋼軌基礎(chǔ)彈性系數(shù)2022/9/9211、道床系數(shù)C定義：作用在道床單位面積上使道床頂面產(chǎn)生單位下沉的壓力。單位：2022/9/9222022/9/9232、鋼軌支點彈性系數(shù)D定義：使鋼軌支點頂面產(chǎn)生單位下沉而作 用在鋼軌支點頂面上的鋼軌壓力。公式：單位：支點剛度2022/9/9243、鋼軌基礎(chǔ)彈性系數(shù)k定義：使鋼軌產(chǎn)生單位下沉而必須作用 在單位長度鋼軌上的壓力。公式：單位：2022/9/925（3）計算公式推導(dǎo)鋼軌在集中荷載作用下發(fā)生撓曲變形2022/9/926由材料力學(xué)可知：2022/9/927根據(jù)Winkler假定得：（1）2022/9/928推導(dǎo)過程

7、通解為：應(yīng)用歐拉公式最后得：2022/9/929鋼軌撓度y等2022/9/930單輪載作用下計算y、M、R公式鋼軌撓度鋼軌彎矩軌枕反力2022/9/931多個集中輪載作用下計算公式2022/9/932二、軌道動力響應(yīng)的準(zhǔn)靜態(tài)計算 三個系數(shù)：1）速度系數(shù)2）偏載系數(shù)3）橫向水平力系數(shù)Quasi-static2022/9/9331、速度系數(shù)牽引種類速度系數(shù)計算軌底彎曲應(yīng)力用計算軌道下沉及軌下基礎(chǔ)部件的荷載及應(yīng)力用內(nèi)燃電力蒸汽R,yM2022/9/9342、偏載系數(shù)2022/9/9353、橫向水平力系數(shù)定義：軌底外緣彎曲應(yīng)力與軌底中心彎 曲應(yīng)力的比值。公式：線路平面直線曲線半徑（m）60050040

8、0300橫向水平力系數(shù)f1.251.451.601.701.802.02022/9/9364、準(zhǔn)靜態(tài)計算公式2022/9/937動力計算方法：準(zhǔn)靜態(tài)計算步驟：1）計算靜態(tài)情況下的y、M、R2）計算系數(shù)3）計算準(zhǔn)靜態(tài)的yd、Md、Rd4）各部件強度檢算2022/9/938軌道各部件的強度檢算 準(zhǔn)靜態(tài)計算方法1) 靜力計算 y,M,R2) 各種系數(shù)3) 準(zhǔn)靜態(tài)計算4) 各部件強度檢算2022/9/939（1）鋼軌基本應(yīng)力計算彎曲應(yīng)力：軌底： 軌頭：溫度應(yīng)力：普通線路：查表6-5,P208 無縫線路：基本應(yīng)力：彎曲應(yīng)力+溫度應(yīng)力= 軌底： 軌頭：圖6-6 彈性基礎(chǔ)上梁的撓曲2022/9/940（2）

9、輪軌接觸應(yīng)力的分析計算計算模型：赫茲接觸理論：兩個垂直圓柱體，接觸面為橢圓。輪軌之間接觸面積約100mm2接觸應(yīng)力可達(dá)1000MPa2022/9/941赫茲理論計算公式2022/9/942橢圓長、短半軸計算2022/9/943接觸橢圓幾何尺寸計算式中：2022/9/944剪應(yīng)力其最大值和位置為：2022/9/945(二)軌枕承壓強度與彎矩檢算1）軌枕頂面承壓應(yīng)力計算：2022/9/9462)軌枕彎矩計算四種計算方法：1）把軌枕視為一根支承在彈性地基上的等截面定長梁；2）支承在非均勻支承的變截面有限長連續(xù)梁3）安全度設(shè)計理論4）把軌枕視為支承在一定支承條件的倒置簡支梁。2022/9/947倒置簡

10、支梁法：最不利道床支承方案三種道床支承方式： 1、中間60cm不支承； 2、中間部分支承； 3、中間完全支承。2022/9/948計算軌下截面正彎矩最不利支承條件：中間60cm不支承圖示公式2022/9/949計算中間截面負(fù)彎矩最不利支承方案為中間部分支承與全部支承圖示2022/9/950計算中間截面負(fù)彎矩公式：2022/9/951其他參數(shù)：2022/9/9523)道床與路基面應(yīng)力計算（1）道床頂面應(yīng)力計算圖示計算公式：2022/9/953道床頂面最大壓應(yīng)力：2022/9/954（2）路基頂面應(yīng)力計算有三種方法：1）有限單元法。2）彈性半空間理論3）近似計算方法2022/9/955路基頂面應(yīng)力的近似計算方法：三條假定軌枕壓力以擴散角按直線規(guī)律向下傳遞到路基面。不考慮鄰枕的影響傳遞到路基面的壓應(yīng)力基本達(dá)到均勻分布要求2022/9/956道床內(nèi)的三個區(qū)域：2022/9/957第五節(jié) 曲線軌道橫向受力分析 1 本節(jié)介紹列車通過曲線軌道時橫向水平力的計算，以及橫向水平力對軌道橫向變形及行車安全的影響。 2 列車在直線軌道上因車輪的錐形踏面而引起的蛇形運動，輪軌游間較大可增大輪軌間橫向水平力，但比列車通過曲線軌道時產(chǎn)生的橫向水平力小。2022/9/958機車車輛通過曲線軌道的橫向水平力有以下三種計算方法：1） 摩擦中心理論2） 蠕滑