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弹射冲击荷载作用下高速铁路路基振动加速度时频特性

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西南交通大学学报 2022年

作者：尹紫红曾毅魏鸿琳殷芝西南交通大学土木工程学院

高速铁路具有运营时速快、平顺性高等特点，将其作为列车机动发射的站坪具有一定的优势。振动加速度作为高铁路基结构破坏的关键参数有着重要研究价值。本文借助ANSYS有限元分析软件，结合弹塑性理论并引入三维一致粘弹性人工边界及其... 详细信息

高速铁路具有运营时速快、平顺性高等特点，将其作为列车机动发射的站坪具有一定的优势。振动加速度作为高铁路基结构破坏的关键参数有着重要研究价值。本文借助ANSYS有限元分析软件，结合弹塑性理论并引入三维一致粘弹性人工边界及其边界单元，建立了半无限长无砟轨道-路基-地基非线性耦合静力学分析模型，利用此模型进行模态分析得到了模型系统的振型、固有频率，进而得到了动力分析模型并对比弹性地基梁板模型进行模型验证。基于上述动力分析模型，结合弹射冲击荷载得到了各结构层加速度时域信号，最后基于EEMD-HHT变换对加速度信号进行时频分析。研究结果表明各结构层加速度在荷载突变处取得瞬时加速度峰值，在0.17s处取得幅值。各结构层加速度成分主要分布在0-20Hz内，其中有2Hz及10Hz两处明显峰值，且在2Hz附近分布最为集中。自密实混凝土层-底座板-基床表层三结构层几乎没有发生加速度成分的吸收，而基床底层及以下有较大幅的吸收，由此可知应重点关注0-20Hz超低频范围内的基床表层及以上结构层的动力响应。

关键词：弹射冲击荷载振动加速度粘弹性人工边界模态分析谱分析 EEMD-HHT变换

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弹射冲击荷载下重载铁路路基动应力特征

中国铁道科学 2020年第5期41卷 20-30页

作者：尹紫红朱仁政西南交通大学土木工程学院四川成都610031

借助非线性分析程序ANSYS/LS-DYNA3D,建立重载铁路轨道—路基—地基三维显式动力分析模型,引入三维一致黏弹性人工边界,采用梯形脉冲荷载模拟弹射冲击荷载,分析150~600 kN幅值的弹射冲击荷载作用时重载铁路路基系统的动应力特征。结果表... 详细信息

借助非线性分析程序ANSYS/LS-DYNA3D,建立重载铁路轨道—路基—地基三维显式动力分析模型,引入三维一致黏弹性人工边界,采用梯形脉冲荷载模拟弹射冲击荷载,分析150~600 kN幅值的弹射冲击荷载作用时重载铁路路基系统的动应力特征。结果表明:路基系统的垂向动应力随时间的变化规律与弹射荷载基本一致;不同幅值弹射荷载作用下路基动应力沿线路横、纵向均呈对称分布,且弹射荷载幅值越大,动应力沿深度的衰减规律越接近指数型衰减;幅值为600 kN的弹射荷载在路基中的影响深度约为道床顶面以下8 m;随着弹射荷载幅值的增大,路基动应力的轮对效应及道床层对钢轨动力的分担作用均越来越显著;路基的动应力峰值与弹射荷载幅值大致呈线性关系;为满足弹射荷载下路基动强度的要求,若路基基床表层、底层和路基本体的填筑材料分别选用A组填料、碎石类填料和细粒土填料,则当弹射荷载幅值为600 kN时,三者的地基系数K30的建议值分别取390,310和135 MPa·m-1。

关键词：重载铁路路基弹射冲击荷载动应力显式动力分析黏弹性边界

弹射冲击荷载下重载铁路路基动位移空间分布特征

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西南交通大学学报 2021年第4期56卷 777-784页

作者：尹紫红朱仁政邱泓滔王青松西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为研究军用重载铁路路基动响应空间分布特征,通过高度非线性分析程序ANSYS/LS-DYNA3D建立了重载铁路轨道-路基-地基三维显式动力分析模型,并引入三维一致黏弹性人工边界;采用梯形冲击荷载模拟弹射冲击,探讨了不同幅值(150~600 kN)的弹... 详细信息

为研究军用重载铁路路基动响应空间分布特征,通过高度非线性分析程序ANSYS/LS-DYNA3D建立了重载铁路轨道-路基-地基三维显式动力分析模型,并引入三维一致黏弹性人工边界;采用梯形冲击荷载模拟弹射冲击,探讨了不同幅值(150~600 kN)的弹射冲击荷载作用时重载铁路路基系统动位移的空间分布特征,通过Boussinesq弹性理论与林绣贤多层系统当量理论验证了数值模型的可靠性.结果分析表明:当作用在轨道上的弹射荷载开始进入卸载状态时,路基系统的竖向动位移达到最大值;结束卸载时,道床顶面存在一定量的残余变形,且残余变形随荷载幅值增长呈线性增长,增长速率约为0.60×10^(−2)mm/kN;在不同荷载幅值下路基动位移沿线路横、纵向均呈对称分布,动位移沿竖向近似呈直线型衰减,且衰减速率随着荷载幅值的增加而增大;荷载幅值越大,路基动位移的轮对效应及道床和基床对钢轨动力的分担作用均越来越显著;路基的动位移峰值与荷载幅值大致呈线性关系,道床顶面的动位移峰值随荷载幅值增长最快,增长速率约为1.27×10^(−2)mm/kN,基床表层与基床底层次之,增长速率分别约为1.23×10^(−2)、1.20×10^(−2)mm/kN,路基本体增长最慢,增长速率约为1.10×10^(−2)mm/kN.

关键词：弹射冲击荷载动位移空间分布显式动力分析黏弹性边界重载铁路路基

弹射冲击荷载下重载铁路路基动力响应特征研究

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弹射冲击荷载下重载铁路路基动力响应特征研究

作者：朱仁政西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国铁路军民融合发展战略的深入实施,铁路机动发射系统的建设被提上日程。重载铁路因具备强大的运输能力及承载能力,可将其作为战略导弹发射基地。重载铁路路基结构在承受弹射冲击荷载时,其动力响应是评价发射基地稳定性的重要指标... 详细信息

随着我国铁路军民融合发展战略的深入实施,铁路机动发射系统的建设被提上日程。重载铁路因具备强大的运输能力及承载能力,可将其作为战略导弹发射基地。重载铁路路基结构在承受弹射冲击荷载时,其动力响应是评价发射基地稳定性的重要指标,而发射基地的稳定性必然会影响上部发射系统的稳定性。另外,弹射荷载作用结束后,路基结构的残余响应又会影响到线路后续的使用。针对以上问题,结合数值模拟、现场试验、理论分析等方法,对弹射冲击荷载下重载铁路路基的动力响应特征展开了研究。首先,为扩充ANSYS软件岩土材料模型库,采用ANSYS-UPFs中的usermat子程序开发了Drucker-Prager硬化本构模型。对编写好的usermat子程序进行编译链接,从而生成自定义版本的ANSYS软件。借助该软件建立了重载铁路轨道-路基-地基系统仿真模型并进行瞬态动力求解,结合足尺模型试验和Boussinesq理论验证了仿真模型的准确性。然后,基于仿真模型计算结果,研究了弹射冲击荷载下重载铁路单线路基动应力的时程变化规律,揭示了动应力在路基内的空间分布规律,按照动应力与路基自重应力之比为0.2、0.1的原则分别确定了基床整体厚度、荷载影响深度。通过对弹射冲击荷载下路基动强度的分析,给出了碎石道床满足动强度要求时的荷载极限值以及道床以下路基填料在满足动强度要求时地基系数K的建议值。接着,基于仿真模型计算结果,研究了弹射冲击荷载下重载铁路单线路基动位移的时程变化规律,揭示了峰值位移和残余位移在路基内的空间分布规律。通过拟合得到了路基塑性变形分别与弹射冲击荷载、路基弹性模量、路基厚度的函数关系式,可针对不同大小荷载作用时、不同路基弹性模量时、不同路基厚度时的路基塑性变形进行预测。最后,基于对单线路基的研究,建立了双线重载铁路轨道-路基-地基系统动力仿真模型,将弹射冲击荷载的施加分为单线加载(在右侧线路上加载)和双线加载(在左右两侧线路上同时加载),研究了两种加载方案下双线路基动应力与动位移响应特征。研究成果为重载铁路偶遇弹射冲击荷载时的安全运营和养护维修提供参考。

关键词：弹射冲击荷载重载铁路路基动应力动位移动强度塑性变形

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路基本体材料参数敏感性分析

交通科技 2020年第1期30卷 79-83,87页

作者：尹紫红单雨西南交通大学土木工程学院成都610031

为研究影响铁路轨道-路基结构动力特性的因素,文中通过有限元仿真分析,建立三维模型,研究路基本体材料不同的阻尼比、泊松比、弹性模量、黏聚力和内摩擦角参数下轨道-路基动力特性,对比分析各参数对轨道-路基动力特性影响程度。结果表明... 详细信息

为研究影响铁路轨道-路基结构动力特性的因素,文中通过有限元仿真分析,建立三维模型,研究路基本体材料不同的阻尼比、泊松比、弹性模量、黏聚力和内摩擦角参数下轨道-路基动力特性,对比分析各参数对轨道-路基动力特性影响程度。结果表明:各结构层动力特性对路基本体材料参数的敏感性依次为弹性模量、凝聚力和内摩擦角、泊松比、阻尼比。

关键词：弹射冲击荷载路基本体参数敏感性影响分析