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基于高频轮轨接触模型的轨道短波不平顺敏感波长特性分析

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机械工程学报 2019年第8期55卷 173-182页

作者：牛留斌刘金朝中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081

轨道短波不平顺是引起轨道-车辆系统高频振动的主要根源,造成轮轨之间剧烈的相互作用力。利用ABAQUS计算软件显式模块建立的轮轨接触有限元模型,用于求解车辆高速运行时轨道短波不平顺作用条件下的高频轮轨接触力。该模型采用轮轨的真... 详细信息

轨道短波不平顺是引起轨道-车辆系统高频振动的主要根源,造成轮轨之间剧烈的相互作用力。利用ABAQUS计算软件显式模块建立的轮轨接触有限元模型,用于求解车辆高速运行时轨道短波不平顺作用条件下的高频轮轨接触力。该模型采用轮轨的真实形状建模,并且可引入任意形状的轨道短波不平顺及轨道状态参数。以某高铁线路上实测轨道短波不平顺作为输入,接触模型仿真输出的轮轨垂向力与高速综合检测列车在对应区段上实测轮轨垂向力数据之间的相关系数为0.82,验证了所建模型的正确性。利用高频轮轨模型计算不同速度条件下不同参数的余弦型轨道短波不平顺引起的动态轮轨垂向力,对比分析计算结果表明:动态轮轨垂向力不仅与轨道短波不平顺的幅值有关,还车辆与轨道短波不平顺波长敏感程度有关,在车辆运行速度不低于200 km/h的条件下,车辆对轨道短波不平顺的敏感波长分布在100～200 mm。

关键词：轨道短波不平顺高频轮轨接触模型显式瞬态分析轮轨接触力

基于车辆动态响应分析的轨道状态检测技术应用现状及展望

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中国铁道科学 2021年第6期42卷 130-142页

作者：牛留斌刘金朝中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081

基于近年来中国、日本、英国、德国等国家铁路行业车辆动态响应检测数据的应用实践与理论研究,归纳轴箱、构架和车体振动加速度及轮轨力数据在轨道基础设施服役性能监测检测中的应用,分别阐述各国轴箱振动加速度在轨道短波不平顺病害识... 详细信息

基于近年来中国、日本、英国、德国等国家铁路行业车辆动态响应检测数据的应用实践与理论研究,归纳轴箱、构架和车体振动加速度及轮轨力数据在轨道基础设施服役性能监测检测中的应用,分别阐述各国轴箱振动加速度在轨道短波不平顺病害识别、评价及轨道不平顺反演方法、误差源分析等的应用现状,构架振动加速度在轨道状态综合评价、混合轨道不平顺反演的应用现状,车体振动加速度在轨道中长波不平顺分析中传感器安装方式、数据处理方法、分层评价技术等领域的应用现状,以及测力轮对技术在桥路优化及轨道短波病害分析评价中的应用现状。尽管车辆动态响应检测技术能够评价轨道结构整体服役性能,但对具体轨道病害类型的精准辨别及病害程度的定量评价尚不能完全满足线路养护维修的需要,多源振动加速度融合技术及病害特征挖掘评价将成为车辆动态响应检测技术应用的发展趋势。

关键词：车辆动态响应检测技术振动加速度病害特征挖掘轮轨力

下地壳流变与造山带同挤压期地壳伸展的动力学关系

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地球物理学报 2002年第4期45卷 483-496页

作者：何建坤刘金朝中国科学院地质与地球物理研究所北京100101 北京大学地球物理系北京100871

应用不可压缩非牛顿粘性流体的本构关系 ,对造山带同挤压期下地壳流变及其与上地壳构造伸展的动力学关系进行了二维有限元数值模拟 .结果表明 ,在板块侧向挤压下 ,当造山带山根下陷和地表隆起达一定程度后 ,地壳不同层圈岩石将发生复杂... 详细信息

应用不可压缩非牛顿粘性流体的本构关系 ,对造山带同挤压期下地壳流变及其与上地壳构造伸展的动力学关系进行了二维有限元数值模拟 .结果表明 ,在板块侧向挤压下 ,当造山带山根下陷和地表隆起达一定程度后 ,地壳不同层圈岩石将发生复杂的粘性流变 .流变的运动学方式和分布范围不仅与时间有关、同时还受地壳厚度转变带形态的制约 .在构造挤压和山体荷载达到弹性平衡状态后 ,地壳流变首先发生在造山带下地壳山根 ,但经一定的Maxwell时间后 ,流变将不断局限于造山带前缘的厚度转变带 .这一流变方式的变化是导致造山带浅部地壳动力学转变的主要原因 .它造成造山带内上地壳最小主应力从近水平挤压不断转化为近水平拉张 ,由此使造山带前陆发生挤压冲断的同时 ,山体的核部发生上地壳的拉张伸展 .最后 ,应用这一结果讨论了青藏高原南缘南北向地壳伸展的动力学性质 .

关键词：动力学关系同挤压期伸展碰撞造山带下地带粘性流变数值模拟地表隆起

多柔性体系统动力学的有限元方法(MUFEM)

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工程力学 1999年第2期16卷 22-28页

作者：王成国梁国平刘金朝铁科院机辆所北京100081 中科院数学所北京100080

本文探讨多柔性体系统动力学的一种新的数值仿真方法一多体有限元方法（MultibodyFiniteElementMethod，MUFEM）。MUFEM以有限元方法为基础，综合区域分解法（DDM）和非连续体变形分析方法（DDA）的主要优点。MUFEM的主要特点是：1）构... 详细信息

本文探讨多柔性体系统动力学的一种新的数值仿真方法一多体有限元方法（MultibodyFiniteElementMethod，MUFEM）。MUFEM以有限元方法为基础，综合区域分解法（DDM）和非连续体变形分析方法（DDA）的主要优点。MUFEM的主要特点是：1）构造边界网格描述系统动态变化的拓扑几何关系；2）采用FEM模型和类似子结构的方法分析多柔性体系统的动力学特性；3）各子块之间可能接触边界的非连续性用Lagrange乘子处理；4）摩擦接触问题用非线性数学规划方法求解。算例表明，MUFEM能很好模拟多柔性体系统的运动以及相互之间的作用，有良好的发展前景。

关键词：多柔性体系统动力学有限元仿真数学规划

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多弹性体接触问题的数值算法

中国铁道科学 2003年第3期24卷 69-73页

作者：刘金朝王成国梁国平铁道科学研究院北京100081 中科院数学与系统科学研究院北京100083

提出一种新的求解带摩擦的接触问题的数值算法,即拟高斯迭代法。它对法向接触力和切向接触力进行交替迭代,并利用高斯迭代法求解法向接触力,利用分块高斯迭代法求解切向接触力。同其它的数值算法相比,该算法保留了关于接触力的柔度矩阵... 详细信息

提出一种新的求解带摩擦的接触问题的数值算法,即拟高斯迭代法。它对法向接触力和切向接触力进行交替迭代,并利用高斯迭代法求解法向接触力,利用分块高斯迭代法求解切向接触力。同其它的数值算法相比,该算法保留了关于接触力的柔度矩阵的稀疏性和对称性,利用矩阵乘向量可以分步进行的技巧,该算法只需存储关于接触力的柔度矩阵的下三角形矩阵的非零元和对角矩阵。根据可能接触边界的分布特点,将区域分解成不同的子区域,引进拉格朗日乘子表示接触力,保证了各子区域的网格剖分和位移求解是完全独立的。基于上述算法和有限元程序自动生成系统开发了相应的求解带摩擦接触问题的软件,数值实验表明,程序是正确的,算法是高效的。

关键词：接触问题数值算法拟高斯迭代法区域分解软体

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长大列车空气管系充气特性数值仿真研究

中国铁道科学 2004年第1期25卷 13-19页

作者：刘金朝王成国马大炜张波赵鑫铁道科学研究院研发中心北京100081 中南大学数学科学与计算技术学院湖南长沙410083

应用现代流体动力学数值计算方法,以长大货物列车空气制动管系的充气特性作为研究对象,研究列车编组辆数、管系组成、管系泄漏等因素对列车管充气压力的影响和沿列车管长度方向的充气压力分布情况。建立了考虑列车管泄漏的连续性方程,... 详细信息

应用现代流体动力学数值计算方法,以长大货物列车空气制动管系的充气特性作为研究对象,研究列车编组辆数、管系组成、管系泄漏等因素对列车管充气压力的影响和沿列车管长度方向的充气压力分布情况。建立了考虑列车管泄漏的连续性方程,给出一种求解压力速度耦合方程的显式有限差分算法。将计算结果和国内外长大列车充气特性的有关试验数据进行对比分析。研究工作为长大列车制动作用的试验研究提供理论参考,并为研制完整的货物列车空气制动系统奠定了基础。

关键词：长大列车空气制动列车管充气有限差分法泄漏

基于曲面轮廓投影的道岔区段轮轨多点接触几何计算方法

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铁道学报 2021年第9期43卷 100-108页

作者：秦航远刘金朝孙善超中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081

针对道岔区段复杂的轮轨接触几何关系问题,综合车轮、道岔区段钢轨型面三维建模,轮轨潜在接触线计算,以及三维曲面轮廓投影方法,提出基于曲面轮廓投影的道岔区段轮轨多点接触几何计算方法。利用旋转体特性建立车轮三维数值模型,基于道... 详细信息

针对道岔区段复杂的轮轨接触几何关系问题,综合车轮、道岔区段钢轨型面三维建模,轮轨潜在接触线计算,以及三维曲面轮廓投影方法,提出基于曲面轮廓投影的道岔区段轮轨多点接触几何计算方法。利用旋转体特性建立车轮三维数值模型,基于道岔尖轨及心轨变截面区段的关键截面廓形数据,利用插值方法生成变截面区段钢轨廓形三维数值模型;通过轮轨潜在接触线进行轮轨接触判定,基于曲面轮廓投影方法对变截面及非变截面区段钢轨与车轮的空间接触几何关系进行计算,获得道岔区段轮轨空间接触几何状态。经算例验证,该方法可准确描述道岔区段的三维轮轨接触几何状态。

关键词：轮轨关系轮轨接触几何铁路道岔轮轨多点接触

钢轨波磨区段高速轮轨瞬态滚动接触高频动态特性

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中国铁道科学 2018年第5期39卷 58-66页

作者：于淼王卫东刘金朝中国铁道科学研究院北京100081 中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

考虑轨道—车辆系统耦合振动以及轮轨几何非线性,建立高速轮轨瞬态滚动接触三维有限元模型,利用隐式与显式相结合的方法模拟高速轮轨瞬态滚动接触过程,轮轨接触采用面—面接触算法。基于列车通过频率和钢轨Pinned-Pinned频率,分析非稳... 详细信息

考虑轨道—车辆系统耦合振动以及轮轨几何非线性,建立高速轮轨瞬态滚动接触三维有限元模型,利用隐式与显式相结合的方法模拟高速轮轨瞬态滚动接触过程,轮轨接触采用面—面接触算法。基于列车通过频率和钢轨Pinned-Pinned频率,分析非稳态载荷作用下钢轨短波波磨区段轮轨间相互作用以及列车通过频率对波磨区段轨道—车辆系统动态响应的影响。结果表明:在钢轨波磨区段,轮轨瞬态接触力和牵引比随钢轨波磨几何不平顺的变化呈周期性波动,且牵引比与钢轨波磨几何不平顺呈反相位;当列车通过频率与钢轨PinnedPinned频率相近时引起轮轨系统共振,轮轨接触力出现"拍"振特性,在轨枕附近整体振动较大,加速钢轨扣件伤损,而在2个轨枕跨间整体振动较小;在牵引扭矩作用下,轮轨接触存在周期性黏滑振动,轮轨系统共振时,轨枕附近波磨波谷处的钢轨滑动磨损加剧,加速钢轨波磨的发展。

关键词：钢轨波磨高速轮轨接触瞬态有限元仿真 Pinned-Pinned频率黏滑振动

基于RAMS的高速铁路轨道平顺状态综合评价体系研究

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中国铁道科学 2013年第2期34卷 13-17页

作者：康熊王卫东刘金朝中国铁道科学研究院北京100081 中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

结合轨道不平顺和车辆动态响应的特征量,基于可靠性、可用性、可维修性和安全性(RAMS)理论,提出高速铁路轨道平顺状态综合评价体系。采用轨道几何不平顺幅值、轨道质量指数(TQI)、轨道几何复合不平顺指标、车体加速度幅值、广义能量指数... 详细信息

结合轨道不平顺和车辆动态响应的特征量,基于可靠性、可用性、可维修性和安全性(RAMS)理论,提出高速铁路轨道平顺状态综合评价体系。采用轨道几何不平顺幅值、轨道质量指数(TQI)、轨道几何复合不平顺指标、车体加速度幅值、广义能量指数(GEI)评价轨道平顺状态的可用性。利用带通滤波后轴箱加速度有效值的峰值因子评价道岔、焊接接头、伸缩调接器等轨道短波结构在冲击载荷作用下的可靠性。采用脱轨系数、减载率、轮轴横向力、构架横向加速度的连续多波大值和轨道几何不平顺Ⅲ、Ⅳ级大值指标评价轨道平顺性对车辆安全性的影响。根据分析诊断结果动态掌握轨道平顺状态,并通过状态修减少修复时间,提高轨道平顺的可维修性。该评价体系在联调联试和日常检测中已经开始应用,并发挥了重要作用。

关键词：高速铁路轨道平顺性综合评价体系峰值因子广义能量指数