[发明专利]一种抑制车线耦合共振的高速铁路轨道模态设计方法

说明书

本发明公开了一种抑制车线耦合共振的高速铁路轨道模态设计方法，其包括以下步骤：根据车辆和高速铁路轨道信息，计算出车辆结构模态和轨道结构模态，分析两个模态的匹配结果是否产生重叠；若产生重叠，则通过改变轨道结构参数中的一个或一个以上来重新计算轨道模态，使轨道结构模态范围避开车辆结构模态范围；若没有重叠，则构建车辆‑轨道刚柔耦合动力性能分析模型，对构建的车辆‑轨道刚柔耦合动力性能分析模型进行动力仿真分析，判断车辆运行时是否有因共振引起的异常振动，若有异常振动，则修改轨道结构参数直至实现抑制车线耦合共振，该方法从共振的角度考虑轨道结构对车辆结构的振动影响，对高速铁路的建设或改造具有一定的指导意义。

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种抑制车线耦合共振的高速铁路轨道模态设计方法。

背景技术

车辆-轨道作为一个相互激扰的大系统，整体的模态匹配程度决定了车辆结构和轨道结构的耦合振动情况，并在一定程度上影响车辆的运行平稳性和运行安全性。实际上，车辆结构包括车体结构、悬挂结构、构架结构、轮对结构，轨道结构包括钢轨结构、轨道板结构。在这众多结构中，每一结构的模态响应都存在差异，从而导致若是模态匹配程度不佳时，便会发生车辆-轨道共振，从而引起车辆运行舒适性甚至是安全性问题。近年来，随着对高速铁路建设的进一步规划，越来越多的高速铁路被建设并投入使用。因此，从车线耦合共振角度出发，十分有必要对轨道结构的模态进行设计，避免车辆-轨道的耦合共振。

对于共振问题，传统的方法大都是针对车辆结构模态进行设计，实现车辆的模态匹配良好，从而避免车辆的共振问题。而车辆-轨道作为一个相互激扰的大系统，对于共振问题，应该将轨道结构的模态考虑在内，从而使模态匹配更加合理。此外，对于车辆-轨道刚柔耦合共振问题，不仅考虑了固有模态的共振问题，还考虑了在相互激扰下的是否有因共振引发的异常振动，即考虑了激扰下的模态问题。

本发明提出的这种抑制车线耦合共振的高速铁路轨道结构模态设计方法，可以使得对于车辆-轨道这个相互激扰的大系统，从轨道结构的模态出发，切实有效地避开与车辆模态重叠区域，为轨道结构的建设提供了有利于车辆运行安全性和平稳性的模态匹配方面的建议。

发明内容

为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种抑制车线耦合共振的高速铁路轨道模态设计方法，其可以根据车辆和高速铁路轨道信息，计算出车辆结构模态和轨道结构模态，通过改变轨道结构来避开轨道结构模态与车辆结构模态的重叠区，为了进一步保证车辆运行性能，建立车辆-轨道三维刚柔耦合动力性能分析模型，并对耦合模型进行动力仿真计算，根据计算结果判断车辆运行时是否有因共振引起的异常振动，若有异常振动则再次通过改变轨道结构的方法来抑制共振，直至成功实现抑制车线耦合共振。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：提供一种抑制车线耦合共振的高速铁路轨道模态设计方法，其包括以下操作：

S1,根据车辆和高速铁路轨道信息，计算出车辆结构模态和轨道结构模态；

S2,分析车辆结构模态和轨道结构模态的匹配结果是否产生重叠；

S3,若模态匹配产生重叠，则通过改变轨道结构参数中的一个或一个以上来重新计算轨道模态，使轨道结构模态范围避开车辆结构模态范围；

若模态匹配没有重叠，构建车辆-轨道刚柔耦合动力性能分析模型，对构建的车辆-轨道刚柔耦合动力性能分析模型进行动力仿真分析，判断车辆运行时是否有因共振引起的异常振动；

S4,若有异常振动，则返回步骤S3，重新选择不同的轨道结构参数来重新计算轨道模态；

若无异常振动，则成功实现抑制车线耦合共振。

根据本发明所述的一种抑制车线耦合共振的高速铁路轨道模态设计方法，其进一步的优选技术方案是：S1中所述车辆信息包括车辆悬挂系统参数、车体结构参数、构架结构参数、轮对结构参数。