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原文传递地铁扣件系统静动力分析研究

论文题名：	地铁扣件系统静动力分析研究
关键词：	地铁线路;扣件系统;弹条断裂问题;有限元模型;静态行为;动态行为
摘要：	钢轨扣件是轨道的重要组成部件，其失效会加剧轮轨相互作用力，加速轨道和车辆结构各部件破坏，甚至危及行车安全。针对地铁线路两种常用扣件频繁发生弹条断裂现象，本文基于有限元方法和车辆/轨道耦合动力学理论，对弹条进行静态和动态行为进行系统分析，探究弹条断裂原因，为扣件弹条的设计、优化、安装、养护和维修等提供科学依据。主要工作和结论如下: 　　(1)Ⅲ型和PR型扣件的大量现场安装和使用试验表明弹条断裂的根源是疲劳断裂。建立了Ⅲ型和PR型弹条扣件系统有限元模型，研究了Ⅲ型和PR型弹条不同安装状态和弹程对其扣压力和应力的影响。数值结果表明，弹条中肢插入铁垫板插孔长度对弹条的扣压力影响很小，但对弹条最大等效应力影响比较大;同时，随着弹条中肢插入铁垫板插孔长度的增加，弹条后端与铁垫板的接触状态由线接触转化为多点接触，使得弹条后端圆弧与铁垫板端部发生挤压，产生局部应力集中。弹条主要受到扭转和弯曲作用。随着列车的反复通过，弹条在应力集中处容易萌生裂纹，最终裂纹扩展导致弹条发生疲劳断裂。在线路运营维护中，应将弹条后端圆弧与铁垫板端部的距离严格控制在8～10mm范围内。　　(2)从弹条的扣压力、最大等效应力、剪切应力和第一主应力角度出发，分析铁垫板端部圆角半径对Ⅲ型弹条静态行为的影响，结果表明:将铁垫板插孔端部的优化圆角半径取为8mm左右，可以减小弹条过安装之后的应力集中。　　(3)钢轨波磨对Ⅲ型和PR型弹条动态行为影响明显，随着钢轨波磨幅值的增大及波长的减小，扣件系统作用力均大幅度增大，弹条最大等效应力大幅度增大。　　(4)当地铁车辆运行速度分别为90km/h和120km/h时，Ⅲ型和PR型弹条的某些共振频率与地铁线路典型波磨的通过频率相近，从而导致轨道系统共振发生，加速Ⅲ型和PR型弹条的疲劳损坏。
作者：	尚红霞
专业：	工程力学
导师：	沈火明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文