一种铁路轨道高聚物弹性元件动静刚度比的评价方法技术

本申请提供一种铁路轨道高聚物弹性元件动静刚度比的评价方法，首先获取了高聚物弹性元件静刚度、动刚度与动静刚度比之间的函数关系；其次，建立能够反映线路实际运营情况以及高聚物弹性元件动力特征的动力学仿真模型，再根据仿真轨道长度确定弹性元件刚度过渡点，实现扣件刚度由静刚度到动刚度的瞬时变化以模拟列车从静止到运动的最不利情况，之后将函数关系代入，并根据线路实际运营状态选取对应的动力学仿真参数(车辆型号、钢轨型号、轨道不平顺状态等)，计算不同动静刚度比时的车辆动力安全指标，再根据相关规范要求的车辆动力学安全指标限值来确定评价不同动静刚度比的适用性；最后，根据不同动静刚度比的适用性提出适合线路实际情况的设计值。合线路实际情况的设计值。合线路实际情况的设计值。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路轨道高聚物弹性元件动静刚度比的评价方法


[0001]本申请涉及铁路轨道
，具体而言，涉及一种铁路轨道高聚物弹性元件动静刚度比的评价方法。

技术介绍

[0002]目前高速铁路的最高速度已经达到了350km/h，并且随着新时代的到来，高铁提速至400km/h也近在眼前，除了提速之外，人们对乘坐列车的安全性与舒适度也提出了更高的要求。目前铁路减振的常用措施为铺设轨道高聚物弹性元件(包括扣件、轨枕垫、道砟垫等)，其力学指标(静刚度、动刚度、动静刚度比等)是影响列车安全性与舒适度的关键因素，其中静刚度和动刚度分别用于计算和评价列车静止和运动时轨道产生的位移；动静刚度比定义为动刚度与静刚度之比。研究表明，动静刚度比过大会导致列车在达速过程中轨道位移的过渡性变差；动静刚度比过小则会导致轨道振动能量无法快速耗散，因此动静刚度比的设计与适用性评价非常重要。
[0003]然而，目前针对轨道高聚物弹性元件动静刚度比的设计主要依赖于国内外工程经验，并没有针对线路实际运营情况提出准确的动静刚度比设计范围，往往不能满足现场的实际要求；针对动静刚度比的适用性评价也仅仅取决于现场的减振要求，并没有考虑到动静刚度比对行车安全的影响。因此，如何设计与评价轨道高聚物弹性元件的动静刚度比是目前轨道交通领域亟待解决的重要问题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例的目的在于提供一种铁路轨道高聚物弹性元件动静刚度比的评价方法，用以解决现有的针对轨道高聚物弹性元件动静刚度比的设计主要依赖于国内外工程经验，并没有针对线路实际运营情况提出准确的动静刚度比设计范围，往往不能满足现场的实际要求，并且，针对动静刚度比的适用性评价也仅仅取决于现场的减振要求，并没有考虑到动静刚度比对行车安全的影响的问题。
[0005]本申请实施例提供的一种铁路轨道高聚物弹性元件动静刚度比的评价方法，包括：
[0006]获取动静刚度比、动刚度和损耗因子三个参数之间的对应关系；
[0007]获取待评价静刚度；
[0008]根据待评价高聚物弹性元件的待评价动静刚度比，以及对应关系，计算对应的待评价动刚度和待评价损耗因子；
[0009]根据线路实际运营状态选取对应的动力学仿真参数，并将动力学仿真参数输入仿真模型；
[0010]设置仿真模型的仿真轨道长度上的扣件刚度过渡点；在仿真轨道长度上，设置过渡点前扣件刚度为待评价静刚度，设置过渡点后扣件刚度为待评价动刚度；设置仿真模型的损耗因子为待评价损耗因子；
[0011]根据仿真模型，进行动力学仿真，提取评价参数；
[0012]判断评价参数是否满足预设条件，若评价参数满足预设条件，则待评价动静刚度比在合理设计范围内。
[0013]上述技术方案中，首先获取了高聚物弹性元件静刚度、动刚度与动静刚度比之间的函数关系；其次，建立能够反映线路实际运营情况以及高聚物弹性元件动力特征的动力学仿真模型，再根据仿真轨道长度确定弹性元件刚度过渡点，实现扣件刚度由静刚度到动刚度的瞬时变化以模拟列车从静止到运动的最不利情况，之后将函数关系代入，并根据线路实际运营状态选取对应的动力学仿真参数(车辆型号、钢轨型号、轨道不平顺状态等)，计算不同动静刚度比时的车辆动力安全指标，再根据相关规范要求的车辆动力学安全指标限值来确定评价不同动静刚度比的适用性；最后，根据不同动静刚度比的适用性提出适合线路实际情况的设计值。本实施例提出了一套能够反映线路实际运营情况与高聚物弹性元件真实动力学特征的动静刚度比的适用性评价方法，在该评价方法的基础上提出了一套轨道高聚物弹性元件动静刚度比的设计方法，通过该方法能够根据线路实际情况对动静刚度比进行针对性设计，降低了安全风险，节省了运营维护成本。
[0014]在一些可选的实施方式中，获取动静刚度比、动刚度和损耗因子三个参数之间的对应关系，包括：
[0015]获取铁路轨道上动刚度、静刚度和动静刚度比的定义；
[0016]获取待评价高聚物弹性元件的力学特征；
[0017]根据待评价高聚物弹性元件的力学特征，以及铁路轨道上动刚度、静刚度和动静刚度比的定义，得到待评价高聚物弹性元件应用于铁路轨道时动静刚度比、动刚度、损耗因子各自的表达式。
[0018]上述技术方案中，高聚物弹性元件，比如扣件系统弹性垫板、道砟垫、浮置板下减振垫等。对于任一的高聚物弹性元件，首先给出铁路轨道上动刚度、静刚度和动静刚度比的定义，再根据待评价高聚物弹性元件的力学特征，能够得到高聚物弹性元件应用于铁路轨道时动静刚度比、动刚度、损耗因子各自的表达式。
[0019]在一些可选的实施方式中，动静刚度比的定义为：待评价高聚物弹性元件在特定频率f下的动刚度与静刚度的比值k
D/S
：
[0020]f＝v/λ，k
D/S
＝K
DYM
/K
STA
[0021]其中，v为列车运行速度；λ为列车固定轴距；
[0022]静刚度的定义为：当荷载缓慢的加载至待评价高聚物弹性元件上时，测定得到的每单位变形所需施加的荷载：
[0023][0024]动刚度的定义为：荷载以一定频率与一定振幅施加于待评价高聚物弹性元件上时，在对应荷载结点测得的位移差与荷载差的比值：
[0025][0026]在一些可选的实施方式中，获取待评价高聚物弹性元件的力学特征，包括：
[0027]以正弦荷载σ＝σ0sin(ωt)作用到待评价高聚物弹性元件，产生的应变为ε＝ε0sin
(ωt
‑
δ)，其中δ角为损耗角；
[0028]将正弦荷载作用到待评价高聚物弹性元件的过程表示到复数域，得到复数域的应力F
*
和复数域的刚度K
*
：
[0029]F
*
＝F0e
iωt
,ε
*
＝ε0e
i(ωt
‑
δ)
[0030][0031]根据欧拉公式e
iδ
＝cosδ+isinδ，得到待评价高聚物弹性元件的储能刚度、耗能刚度、损耗因子：
[0032][0033][0034]β＝tanδ＝E
″
/E
′
[0035]其中，E
*
、E
′
和E
″
分别是复数模量、储能模量和耗能模量；β是损耗因子。
[0036]在一些可选的实施方式中，动刚度等于其储能刚度，待评价高聚物弹性元件应用于铁路轨道时动刚度的表达式为：
[0037][0038]其中，γ是分数阶数；d＝K
∞
/K0，K0是加载频率趋于零的储能刚度，K
∞
是加载频率趋于无穷大的储能刚度；ω
n
＝ωτ是归一化频率。
[0039]在一些可选的实施方式中，耗能刚度：
[0040][0041]损耗因子为耗能刚度于储能刚度的比值，待评价高聚物弹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁路轨道高聚物弹性元件动静刚度比的评价方法，其特征在于，包括：获取动静刚度比、动刚度和损耗因子三个参数之间的对应关系；获取待评价静刚度；根据待评价高聚物弹性元件的待评价动静刚度比，以及所述对应关系，计算对应的待评价动刚度和待评价损耗因子；根据线路实际运营状态选取对应的动力学仿真参数，并将所述动力学仿真参数输入仿真模型；设置所述仿真模型的仿真轨道长度上的扣件刚度过渡点；在所述仿真轨道长度上，设置过渡点前扣件刚度为待评价静刚度，设置过渡点后扣件刚度为待评价动刚度；设置所述仿真模型的损耗因子为待评价损耗因子；根据所述仿真模型，进行动力学仿真，提取评价参数；判断评价参数是否满足预设条件，若评价参数满足预设条件，则待评价动静刚度比在合理设计范围内。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取动静刚度比、动刚度和损耗因子三个参数之间的对应关系，包括：获取铁路轨道上动刚度、静刚度和动静刚度比的定义；获取待评价高聚物弹性元件的力学特征；根据待评价高聚物弹性元件的力学特征，以及铁路轨道上动刚度、静刚度和动静刚度比的定义，得到待评价高聚物弹性元件应用于铁路轨道时动静刚度比、动刚度、损耗因子各自的表达式。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述动静刚度比的定义为：待评价高聚物弹性元件在特定频率f下的动刚度与静刚度的比值k
D/S
：f＝v/λ，k
D/S
＝K
DYM
/K
STA
其中，v为列车运行速度；λ为列车固定轴距；所述静刚度的定义为：当荷载缓慢的加载至待评价高聚物弹性元件上时，测定得到的每单位变形所需施加的荷载：所述动刚度的定义为：荷载以一定频率与一定振幅施加于待评价高聚物弹性元件上时，在对应荷载结点测得的位移差与荷载差的比值：4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，获取待评价高聚物弹性元件的力学特征，包括：以正弦荷载σ＝σ0sin(ωt)作用到待评价高聚物弹性元件，产生的应变为ε＝ε0sin(ωt
‑
δ)，其中δ角为损...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦凯，谢毅，江万红，张校恺，王显，姚力，王平，庞玲，苏乾坤，王育恒，肖读杰，谢朝川，赵思佳，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：