动力稳定装置－轨道系统耦合动力学特性研究及预测

The stabilizing device is the key component of the dynamic track stabilizer. The system which be composed by the stabilizing device and the track is a complex nonlinear coupling system. There are still many difficulties needs to explore when research the whole system from the system level. In this project, the dynamic characteristics of the whole system of the dynamic track stabilizer stabilizing device-track and the mechanism of action on the ballast lateral resistance are the research objects. The dynamic models of each subsystem will be set up based on the multi flexible body dynamics, elastic-plastic contact theory, finite element method and discrete element method, and the numerical simulation will be carried out to analyze the dynamic characteristics of those subsystems. The dynamic response of the excitation with different frequency and amplitude to the stabilizing device will be analyzed, and the fatigue life of the stabilizing device will be predicted. The 3-D elastic plastic rolling contact calculation model of the trolley - steel rail- clip rail wheel subsystem will be set up, and the transfer process of excitation and the coupling effect of the subsystem will be studied. The effective numerical calculation method for the coupling dynamic model will be studied and be used to analyze the dynamic characteristics of the whole system. The influence of the different excitation frequency and amplitude which from the vibration exciter on the compactness of the ballast, the lateral resistance and the stability of the ballast bed will be systematic analyzed. The working parameters of the stabilizing device for different ballast and routes will be searched, and to find the ways to increase the work efficiency of the dynamic track stabilizer. These studies will provide fundamental basis for the dynamic characteristics study and optimization design of the whole dynamic track stabilizer system.

稳定装置是动力稳定车的关键作业部件，其与轨道组成的系统是复杂的非线性耦合系统，从系统角度对其进行研究仍有许多难点。本项目将针对稳定装置－轨道耦合系统的动态特性及稳定装置对道床横向阻力的作用机理开展研究。基于多体动力学、接触理论、有限元和离散元法等理论和方法建立各子系统的动力学模型并进行数值仿真。分析不同激振频率和振幅的激励对稳定装置的动态响应，并对稳定装置的疲劳寿命进行预测。基于滚轮－钢轨－夹轨轮子系统的三维弹塑性滚动接触计算模型研究激振的传递过程和耦合效应。研究各子系统的耦合建模方法，建立稳定装置－轨道系统的耦合动力学模型，寻求有效的耦合动力学模型的数值计算方法。分析耦合系统的动态特性，研究稳定装置不同激励频率、幅值对道砟的密实度、道床横向阻力和稳定性的影响，针对不同的道床和线路特性对寻求最优的稳定装置工作参数，探索提高稳定车作业效率的途径，为动力稳定车的动态特性研究和优化设计提供基础。

稳定装置是动力稳定车的关键作业部件，其与轨道、道床组成的系统是复杂的非线性耦合系统，从系统角度对其进行研究，寻求最优的稳定装置作业参数，以提高稳定车作业效率，具有重要的意义。本项目针对稳定装置－轨道耦合系统的动态特性及稳定装置对道床稳定性的作用机理开展研究。. 首先，基于集中参数法建立了稳定装置-轨道系统横向动力学模型，通过动力响应分析，得到不同道床工况下轨枕的横向振动响应，初步确定稳定作业的有效激振频率范围。然后，基于多体动力学、接触理论和有限元等理论和方法建立了各子系统的动力学模型并进行数值仿真，分析了不同激振频率和振幅的激励对稳定装置的动态响应。在此基础上，研究了结构系统的疲劳寿命分析方法，分别从零件和系统的角度对稳定装置及其部件进行了疲劳寿命分析和可靠性分析，为稳定装置的动态优化设计提供基础。进一步研究了行走轮－钢轨－夹持轮系统的接触计算模型，并基于键合图理论建立了动力稳定装置－轨道横向耦合系统动力学模型，研究了行走轮－钢轨－夹持轮系统对激振的传递效率，以及稳定装置的结构、工作参数和夹持轮夹持角度等对稳定作业效果的影响，并开展了现场作业验证实验。. 基于离散元法研究了有砟道床的力学特性，以及道床稳定过程中道砟的运动特性和道砟间的作用机理。初步研究了离散元－有限元耦合原理及其数值求解算法，建立了稳定装置－轨道系统的耦合动力学模型，深入分析了稳定装置激振器不同激励频率、幅值以及垂直油缸下压力和水平油缸夹紧力对道砟运动特性、道床密实度、横向阻力特性、道床沉降和道床整体稳定性的影响，揭示了其影响规律和作用机理。分别针对道砟箱和实际规模尺寸搭建了试验台架，开展了试验验证，得到不同的道床和线路特性对应的最优的激振频率、振动幅值等稳定装置作业参数。. 本项目的研究将为动力稳定车的动态特性研究和优化设计提供支撑，为有砟道床的高效率养护提供重要保障。