车轨耦合动力学外部激励——钢轨波磨

文章目录

  • 问题说明
  • 钢轨波磨模型
  • Matlab代码说明
  • 参考资料

问题说明

在世界各国铁路上普遍存在的钢轨波浪形磨耗, 呈现在钢轨顶面的是一定间距的起伏不平的波浪状态,是典型的连续谐波激扰。另外,当车轮质心与几何中心偏离时, 也将给轮轨系统造成周期性简谐波激扰。所有这些, 采用正(余) 弦函数来描述是简单且合理的。

钢轨波磨模型

对于单一谐波激扰,可以简单地用余弦函数来描述其轨面外形,即
Z 0 ( t ) = 1 2 a [ 1 − c o s ( 2 π v L ) t ] Z_0(t)=\frac{1}{2}a[1-cos(\frac{2\pi v}{L})t] Z0(t)=21a[1cos(L2πv)t]
其中, t ∈ [ 0 , L v ] t\in [0, \frac{L}{v}] t[0,vL] L L L为不平顺波长, a a a为不平顺波深。
车轨耦合动力学外部激励——钢轨波磨_第1张图片对于多波激扰,上式中时间变量 t t t满足 t ∈ [ 0 , n L v ] t\in [0, \frac{nL}{v}] t[0,vnL]即可, n n n表示激扰波数, v v v表示车辆行驶速度。在多波激扰的情况下,由钢轨波磨导致的振动频率为 1 L / v \frac{1}{L/v} L/v1

Matlab代码说明

根据科学出版社出版的《车辆-轨道耦合动力学 (第四版)》建立完常规的轨道不平顺谱后,只需在轨道不平顺谱中的波磨位置添加以下语句即可。

% 钢轨波磨
 L = 60e-3;
 D = 0.04e-3;
 N = 1;
 t_corr = dt: dt: N*L/vcar0;

 D_list = ones(1, 520);
 N_total = length(D_list);
 Corr = [];
 for i = 1: N_total
     Corr = [Corr, D*D_list(i)*(1-cos(2*pi*vcar0*t_corr/L))];
 end
 Corr = Corr/max(D_list);
 N_list = [length(Corr)];
 TC_list = [0.5];
 f = vcar0/L;

 kk = 0;
 count = 0;
 for tt = dt: dt: ttt
 
     kk = kk + 1;
     if ismember(floor(tt/dt), floor(TC_list/dt))
         T_index = floor(tt/dt);
         count = count + 1;
         Zr(kk)=Zr(kk)+Corr(floor(tt/dt)-T_index+1);
     elseif exist('T_index')
         if ismember(floor(tt/dt), T_index:(T_index+length(Corr)-1))
             Zr(kk)=Zr(kk)+Corr(mod(floor(tt/dt)-T_index, length(Corr))+1);
         end
     end
     
 end
 clear T_index

参考资料

1、车辆-轨道耦合动力学(第四版)

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