轨枕空吊条件下列车-轨道-箱式路基动力响应分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1．目的及意义

铁路作为我国旅客运输的主要方式，因其具有运输效率高，安全性高，成本较低，环境污染小等优势，在社会经济发展中占据着重要地位^[1]，近年来也得到了快速发展。然而，随着高速铁路和重载运输的发展，列车的运行速度和牵引质量在不断地提高，使轮轨系统中的各种振动加剧，列车对轨道结构的破坏以及对线路变形的影响也会逐渐增大^[2]。由于轨道表面的不平顺而产生冲击力，加之在轨道施工中的可能存在路基填筑不均匀，橡胶垫的老化以及道床浸水等原因，导致轨下支承刚度发生变化，容易使道床产生不均匀沉降，在列车的长期作用下，道床的不均匀沉降不断积累，使轨枕与道床之间的接触面逐渐变小直至完全消失，即产生了“轨枕空吊”现象。一些研究表明，“轨枕空吊”现象在铁路系统中十分常见，如augustin等^[3]基于调查发现，约有50%的轨枕存在不同程度的空吊现象。olsson等^[4]在对轨枕和道砟之间的间隙进行测量后发现，在很多轨枕和道床之间都存在程度不同的小缝隙。

在轨道结构中，轨枕作为连接上部钢轨与下部结构的构件，承受着来自钢轨的各向压力，并弹性地传递到道床，同时也起着保持轨道几何形位的重要作用^[5]。而当轨枕出现悬空时，作用于钢轨的作用力无法正常地通过轨枕传递到道床而直接由钢轨承受，这样就会导致出现轨枕破坏、扣件损伤以及钢轨断裂等问题，大大缩短了轨道构件的使用寿命，增加了维修成本，情况严重时甚至会引发列车脱轨的重大事故，严重威胁到乘客的生命安全。同时，轨枕悬空会加大列车在行驶过程中的振动，对道床产生冲击力，使道床发生不均匀沉降，而道床的不均匀沉降会进一步加剧轨枕的悬空，从而形成一个恶性循环。因此，有必要对轨枕空吊条件下的轨道结构的动力响应进行研究，从而为铁路部门对轨枕悬空病害的监测和控制提供理论依据。

2. 研究的基本内容与方案

1.基本内容

（1）阅读相关文献，综述国内外对轨枕空吊问题的研究现状，找到一种适合本课题的研究方法。

（2）根据本课题的研究选用合理的车辆、轨道和路基单元，建立车辆-轨道-箱式路基耦合系统动力特性分析模型。分别采用d'alembert原理和有限元法建立车辆子系统和轨道一箱式路基子系统的运动方程，采用线性赫兹接触模型将两个子系统耦合为一个整体并形成总质量矩阵、总刚度矩阵以及总阻尼矩阵。

3. 研究计划与安排

第1-1周：外文阅读与翻译。主要包括：a. 阅读有关外文文献（至少3篇）；b. 翻译与设计任务有关的文章，要求不少于10000字符（原文）或不少于5000汉字；

第2-2周：收集、整理相关方面的资料，明确毕业设计任务和思路，撰写并提交任务书及开题报告。开题报告字数不少于1500 字，参考文献不少于15 篇（其中外文献不少于3篇）；

第3-4周：学习有限单元法与结构动力学基本知识，掌握常用的动力方程求解法；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 杨静. 分析我国铁路旅客运输的变化趋势及政策建议[j]. 科技风, 352(20): 212.

[2] 周和超, 包泽宇, 张树艺. 轨枕空吊动态演变规律[j]. 同济大学学报, 2019, 47(4).

[3]augustin s., gudehus g., huber g. et al. numerical model and laboratory testson settlement of ballast track[c]//system dynamics and long-term behaviour ofrailway vehicles, track and subgrade. berlin, heidelberg, 2003: 317-336