焊縫不平順對(duì)車(chē)輛-無(wú)砟軌道-路基系統(tǒng)振動(dòng)特性的影響

裴承杰, 宋小林, 穆　玲

(1.西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都　610031;2.四川川油工程技術(shù)勘察設(shè)計(jì)有限公司, 成都　610031)

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焊縫不平順對(duì)車(chē)輛-無(wú)砟軌道-路基系統(tǒng)振動(dòng)特性的影響

裴承杰1, 宋小林1, 穆玲2

(1.西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都610031;2.四川川油工程技術(shù)勘察設(shè)計(jì)有限公司, 成都610031)

基于車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論，應(yīng)用有限元方法建立車(chē)輛-CRTSIII型板式無(wú)砟軌道-路基系統(tǒng)垂向耦合動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)高速車(chē)輛通過(guò)鋼軌焊縫不平順的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，并對(duì)比了不同形式鋼軌焊縫不平順對(duì)系統(tǒng)的影響。有限元計(jì)算結(jié)果表明：高速行車(chē)條件下，鋼軌焊縫不平順會(huì)引起車(chē)輛、軌道、路基系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能不同程度的變化，引起輪軌力響應(yīng)增大，對(duì)與不平順直接接觸的輪對(duì)和鋼軌振動(dòng)產(chǎn)生較大影響，對(duì)行車(chē)舒適性影響有限。不同形式的焊縫不平順對(duì)系統(tǒng)影響程度各有不同，凹、凸型焊縫不平順對(duì)動(dòng)力特性的影響相對(duì)接近，凹型焊縫不平順疊加一短波不平順后，對(duì)輪對(duì)和軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度影響明顯，軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，受力狀態(tài)惡化。在高速鐵路日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)中，應(yīng)重視鋼軌疊加焊縫不平順引起的沖擊振動(dòng)作用。

車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)；焊縫不平順；動(dòng)力特性；有限元；CRTSIII型無(wú)砟軌道

引　言

隨著我國(guó)高速鐵路快速發(fā)展，高鐵運(yùn)營(yíng)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的平順性提出了更高的要求。目前，我國(guó)高速鐵路基本都采用無(wú)縫線路，由于焊接工藝的限制和養(yǎng)護(hù)維修的影響，焊接接頭是無(wú)縫線路最薄弱的環(huán)節(jié)，在車(chē)輛載荷反復(fù)作用下，部分鋼軌焊接接頭會(huì)出現(xiàn)不同程度的傷損，導(dǎo)致鋼軌磨耗不均勻，從而形成鋼軌頂面焊縫不平順。研究發(fā)現(xiàn)，鋼軌焊縫不平順對(duì)行車(chē)安全性和軌道結(jié)構(gòu)壽命均有重要影響：一方面，焊縫不平順會(huì)導(dǎo)致較大的輪軌沖擊效應(yīng)，引發(fā)車(chē)輛和軌道結(jié)構(gòu)損傷，直接影響行車(chē)安全性；另一方面，焊縫不平順會(huì)引起軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)振動(dòng)加劇，造成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)累積變形，進(jìn)一步降低軌道結(jié)構(gòu)平順性，增加線路的維修工作量。

針對(duì)鋼軌焊縫不平順對(duì)輪軌系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了廣泛的研究。Steenbergen[1]建立車(chē)輪-軌道動(dòng)力學(xué)集總參數(shù)模型，研究了諧波不平順及實(shí)測(cè)不平順激擾下的輪軌動(dòng)力響應(yīng)，結(jié)果表明鋼軌焊縫不平順坡度會(huì)影響最大輪軌動(dòng)態(tài)接觸力。文獻(xiàn)[2-3]通過(guò)建立車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型和鋼軌焊接接頭有限元模型，研究了焊縫不平順對(duì)鋼軌接頭處殘余應(yīng)力和塑性變形的影響。楊新文[4]運(yùn)用車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論、隨機(jī)振動(dòng)理論和聲輻射理論建立了輪軌噪聲預(yù)測(cè)模型，計(jì)算分析了高速列車(chē)通過(guò)鋼軌焊接接頭時(shí)的輪軌噪聲。翟婉明[5]建立了地鐵車(chē)輛-整體道床軌道垂向耦合模型，以實(shí)際測(cè)得鋼軌焊接接頭不平順作為激擾輸入，分析了接頭不平順引起的輪軌動(dòng)力響應(yīng)特征，比較了行車(chē)速度、不平順波長(zhǎng)和波深、軌下膠墊剛度以及軌道結(jié)構(gòu)形式等對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。王慎[6]以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)焊縫不平順和相應(yīng)理論模型作為輪軌系統(tǒng)激勵(lì)，對(duì)不同軸重貨車(chē)的輪軌動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，并分析了不平順波長(zhǎng)和波深對(duì)不同軸重貨車(chē)作用下的系統(tǒng)動(dòng)力性能影響規(guī)律，得出波深和波長(zhǎng)的安全閾值。目前的研究主要以單一形式的實(shí)測(cè)或理論不平順模型為基礎(chǔ)分析焊縫不平順對(duì)輪軌系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)的影響，而實(shí)測(cè)線路上鋼軌焊縫不平順形式較多，有必要針對(duì)不同形式的焊縫不平順造成的車(chē)輛-軌道-路基系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)特征開(kāi)展研究。鑒于CRTSIII型無(wú)砟軌道正成為我國(guó)高速鐵路中主要軌道結(jié)構(gòu)[7]，本文基于車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論，應(yīng)用有限元方法建立車(chē)輛-CRTSIII型板式無(wú)砟軌道-路基系統(tǒng)垂向耦合動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)高速車(chē)輛通過(guò)鋼軌焊縫不平順的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，并對(duì)比不同鋼軌焊縫不平順形式作用下車(chē)輛軌道路基系統(tǒng)響應(yīng)特征，為高速鐵路鋼軌焊縫不平順的養(yǎng)護(hù)維修管理提供理論參考。

1　車(chē)輛-CRTSIII型無(wú)砟軌道-路基系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)模型

本文借助Ansys/LS-Dyna有限元軟件的前處理功能，建立了車(chē)輛-CRTSIII板式無(wú)砟軌道-路基系統(tǒng)模型。該模型可分為車(chē)輛系統(tǒng)多剛體動(dòng)力學(xué)模型和無(wú)砟軌道有限元?jiǎng)恿Ψ治瞿Ｐ蛢蓚€(gè)子系統(tǒng)，兩者通過(guò)輪軌接觸實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)耦合。

1.1車(chē)輛模型

在多剛體動(dòng)力學(xué)模型中，高速車(chē)輛的車(chē)體、構(gòu)架、輪對(duì)等結(jié)構(gòu)均按剛體考慮。高速車(chē)輛模型如圖1所示，在模型中，車(chē)輛系統(tǒng)主要視為由1個(gè)車(chē)體、2個(gè)構(gòu)架、4個(gè)輪對(duì)以及一二系懸掛系統(tǒng)組成的多剛體系統(tǒng)。車(chē)體和構(gòu)架具有沉浮、點(diǎn)頭2個(gè)自由度，輪對(duì)具有沉浮自由度。車(chē)體、構(gòu)架、輪對(duì)使用Ansys/LS-Dyna中代表剛體的20號(hào)材料，懸掛系統(tǒng)采用離散梁?jiǎn)卧?BEAM161)模擬。計(jì)算中車(chē)輛采用高速鐵路典型動(dòng)車(chē)CRH2車(chē)型，車(chē)輛運(yùn)行速度為300 km/h。

圖1高速車(chē)輛模型

1.2CRTSIII型板式無(wú)砟軌道-路基系統(tǒng)有限元模型

在有限元模型中， CRTSIII型板式無(wú)砟軌道路基系統(tǒng)包括鋼軌、扣件、軌道板、自密實(shí)層、底座板、路基，軌道結(jié)構(gòu)有限元模型如圖2所示，其計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。在對(duì)各結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散時(shí)，軌道結(jié)構(gòu)及路基均采用實(shí)體單元(SOLID164)模擬，鋼軌、扣件系統(tǒng)采用梁?jiǎn)卧?BEAM161)模擬。軌道和路基結(jié)構(gòu)使用代表線彈性本構(gòu)模型的1號(hào)材料，扣件所使用的材料是Ansys/LS-Dyna中具有三向剛度和阻尼的66號(hào)材料。

圖2CRTSIII型板式無(wú)砟軌道-路基系統(tǒng)有限元模型

表1　軌道和路基結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

由于只考慮垂向動(dòng)力特性，而且整個(gè)系統(tǒng)關(guān)于軌道中心線對(duì)稱(chēng)，因此只建立一半的車(chē)輛-軌道-路基模型，整個(gè)有限元模型共劃分115 516個(gè)單元，130 868個(gè)節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，不考慮軌道板、自密實(shí)層、底座板各層之間的接觸面相對(duì)滑動(dòng)摩擦，通過(guò)節(jié)點(diǎn)自由度耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)整體聯(lián)結(jié)，底座板和路基間建立接觸。

1.3輪軌關(guān)系

車(chē)輛與軌道之間的耦合作用是通過(guò)輪對(duì)與鋼軌之間的耦合接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，輪軌接觸力包括法向力和切向力，由于本文只考慮輪軌垂向接觸，輪對(duì)與鋼軌的接觸可視為兩彈性體之間的接觸，輪軌接觸力只考慮垂向力。參考國(guó)內(nèi)外的輪軌接觸研究資料，應(yīng)用Hertz非線性彈性接觸理論[8]，可確定輪軌之間的垂向接觸力：

式中，G為輪軌接觸常數(shù)(m/N2/3)；δZ(t)為t時(shí)刻輪軌間的彈性壓縮量(m)。

1.4焊縫不平順

鋼軌焊縫不平順是高速鐵路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中常見(jiàn)軌道不平順激擾形式之一。目前對(duì)于焊縫不平順一般描述為單一余弦形諧波不平順和疊加短波不平順[8]，余弦諧波又可分為凹、凸型兩種。由于我國(guó)鐵路規(guī)程對(duì)焊縫不平順打磨的要求按焊接區(qū)長(zhǎng)度1 m考慮，所以凹型諧波和凸型諧波數(shù)學(xué)函數(shù)均可用波長(zhǎng)為1 m的單一余弦表示，只是不平順?lè)较蛳喾?。疊加短波不平順則為1 m的凹型余弦諧波上疊加一更短諧波不平順，如圖3所示。不考慮凸型疊加短波不平順是因?yàn)樵趯?shí)際的鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中波長(zhǎng)較短的局部凸起一般被打磨消除了。上述三種不平順的數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式為：

式中：Z0表示軌面不平順?lè)?mm)；x表示不平順位置(m)；δ1、δ2分別表示長(zhǎng)波和短波波幅(mm)；λ表示短波波長(zhǎng)(m)。

圖3鋼軌疊加短波焊縫不平順

1.5模型驗(yàn)證

根據(jù)上節(jié)中鋼軌焊縫不平順激勵(lì)模型，為了驗(yàn)證該模型的正確性，基于車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論[8]，運(yùn)用Matlab軟件編制動(dòng)力學(xué)程序并對(duì)通過(guò)同一焊縫不平順時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)力特性進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)取疊加焊縫不平順參數(shù)δ1=0.3 mm、δ2=0.05 mm時(shí)，兩種方法計(jì)算得到的輪軌力、鋼軌加速度、車(chē)體加速度時(shí)程曲線比較如圖4～圖6所示。

圖4輪軌力時(shí)程曲線比較

圖5車(chē)體加速度時(shí)程曲線比較

圖6鋼軌加速度時(shí)程曲線比較

輪軌作用力是反映系統(tǒng)整體動(dòng)力學(xué)性能的重要指標(biāo)，圖4是兩種方法得到的輪軌力時(shí)程曲線比較，通過(guò)Ansys和Matlab兩種方法得到的輪軌力峰值分別為108.5 kN、107.3 kN，而且在整個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)，兩種方法得到的輪軌力時(shí)程曲線波形均取得了較好的一致性。圖5和圖6中車(chē)體加速度和鋼軌加速度的波形也反映了加速度的主要變化規(guī)律，并且其峰值比較接近，可認(rèn)為二者比較吻合。由于篇幅限制，其它一致性較好的波形不再一一列出?？傮w來(lái)說(shuō)，有限元軟件與Matlab計(jì)算結(jié)果接近，可以認(rèn)為有限元模型是可靠的。

2　車(chē)輛-軌道-路基系統(tǒng)動(dòng)力特性

2.1計(jì)算工況

本文為了分析不同形式焊縫不平順對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響，設(shè)置了4種工況：①無(wú)不平順即理想平順狀態(tài)；②L=1 m，δ1=0.3 mm的凹型不平順；③L=1 m，δ1=0.3 mm的凸型不平順；④λ=1 m，δ1=0.3 mm，δ2=0.05 mm的疊加短波不平順，具體參數(shù)及示意圖見(jiàn)表2。

表2　焊縫類(lèi)型及不平順參數(shù)

2.2結(jié)果分析

圖7是高速車(chē)輛以300 km/h速度通過(guò)理想平順和三種不同焊縫不平順的鋼軌焊接接頭時(shí)引起的輪軌垂向力時(shí)程曲線。表3是系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)垂向振動(dòng)響應(yīng)峰值統(tǒng)計(jì)結(jié)果，需要說(shuō)明的是，該表選取的測(cè)點(diǎn)均為焊縫不平順最大值所在斷面。

從圖7可以看出，當(dāng)無(wú)不平順時(shí)，輪軌力在靜輪載(68.6 kN)附近波動(dòng)；當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入凹型焊縫不平順時(shí)，由于鋼軌頂面下凹，輪軌力很短時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定的輪重減載，工況四中輪重減載率最大達(dá)到了0.49。短暫的輪重減載之后，輪對(duì)與鋼軌再次沖擊，輪軌力瞬間增大，通過(guò)凸型焊縫時(shí)輪軌力增至88.7 kN，凹型焊縫增幅次之，通過(guò)疊加短波焊縫增幅最大，輪軌力峰值達(dá)到了108.5 kN，該數(shù)值接近靜輪載2倍。與凹型焊縫不同的是，當(dāng)車(chē)輛通過(guò)凸型焊縫不平順時(shí)，輪軌力出現(xiàn)先增載再減載的過(guò)程，結(jié)合表3可以看出，相比相同狀態(tài)的凹型焊縫不平順，凸型焊縫不平順引起的輪重減載率相對(duì)較大，引起的輪軌力最大值相對(duì)較小?？偟膩?lái)說(shuō)，通過(guò)焊縫不平順時(shí)，輪軌力響應(yīng)峰值的增大很不利于鋼軌的受力，易引起鋼軌接頭應(yīng)力增大，軌腰和軌底連接處是應(yīng)力集中的區(qū)域，此處易形成材料疲勞，造成鋼軌裂縫甚至導(dǎo)致鋼軌斷裂[9]。仿真計(jì)算還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工況四中短波不平順波深繼續(xù)增大時(shí)，動(dòng)力作用將顯著增大，并可出現(xiàn)輪軌脫離現(xiàn)象(瞬時(shí)輪軌力為0)，嚴(yán)重影響到行車(chē)安全性。

圖7不同工況輪軌垂向力時(shí)程曲線對(duì)比

表3　不同焊縫類(lèi)型計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由表3可以看出，由于鋼軌焊縫不平順的存在，車(chē)體、構(gòu)架、輪對(duì)加速度有著不同程度的反應(yīng)。當(dāng)車(chē)輛通過(guò)工況二焊縫區(qū)域時(shí)，車(chē)體、構(gòu)架、輪對(duì)最大振動(dòng)加速度分別為0.016 m/s2、1.53 m/s2、17.1 m/s2，由于車(chē)體不是與鋼軌直接接觸，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向架-二系懸掛系統(tǒng)良好的減振作用之后，車(chē)體和構(gòu)架振動(dòng)明顯減弱，車(chē)體的最大加速度遠(yuǎn)低于舒適性指標(biāo)0.13 g[10]，實(shí)際上，長(zhǎng)波不平順波深即δ1主要影響行車(chē)舒適性，而短波不平順波深即δ2對(duì)車(chē)體的影響較小[11]。從表3還可以看出，無(wú)不平順時(shí)輪對(duì)振動(dòng)加速度在2.9 m/s2附近振蕩；當(dāng)車(chē)輪經(jīng)過(guò)焊縫不平順時(shí)振動(dòng)非常強(qiáng)烈，而疊加短波不平順對(duì)輪對(duì)的影響最大，加速度幅值達(dá)到平順狀態(tài)下的7倍，疊加一短波后，工況四相比工況二輪對(duì)加速度響應(yīng)也增幅20.5%，輪軌瞬態(tài)沖擊增大，這將加速輪對(duì)的損傷。

對(duì)軌道-路基系統(tǒng)而言，由于焊縫不平順的存在，特別是δ2的存在，與工況二相比，工況四鋼軌的振動(dòng)加速度達(dá)到931.1 m/s2，增大了3倍之多，這將造成較大的輪軌噪聲。軌道板和底座板加速度也有明顯的增大，軌道板加速度由26.6 m/s2增大到84.4 m/s2，路基加速度由1.61 m/s2增大到6.65 m/s2，響應(yīng)增幅也相當(dāng)明顯。

從表3可以發(fā)現(xiàn)，軌道結(jié)構(gòu)各層受力也相應(yīng)增大。當(dāng)車(chē)輛荷載經(jīng)過(guò)時(shí)，鋼軌會(huì)發(fā)生彎曲變形，最大拉應(yīng)力在軌底，無(wú)焊縫不平順時(shí)，鋼軌彎曲應(yīng)力為26.5 MPa，當(dāng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)凸型焊縫時(shí)，鋼軌最大彎曲應(yīng)力為33.8 MPa，經(jīng)過(guò)凹型焊縫時(shí)，鋼軌最大彎曲應(yīng)力為40.7 MPa，經(jīng)過(guò)疊加短波時(shí)，鋼軌應(yīng)力達(dá)到43.5 MPa，可見(jiàn)應(yīng)力增幅非常明顯，鋼軌在這種周期性應(yīng)力狀態(tài)下容易產(chǎn)生疲勞裂紋導(dǎo)致鋼軌斷裂。另外，軌道板、自密實(shí)層、路基動(dòng)應(yīng)力幅值也相應(yīng)增大，無(wú)不平順時(shí)軌道板動(dòng)應(yīng)力為0.48 MPa，疊加短波不平順時(shí)軌道板動(dòng)應(yīng)力為1.04 MPa，受力狀態(tài)的惡化將影響各層結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)，使軌道板與自密實(shí)層產(chǎn)生分離，給以后的養(yǎng)護(hù)維修帶來(lái)很大的工作量。

綜合以上計(jì)算分析可知，三種不同形式鋼軌焊縫不平順的存在對(duì)輪軌沖擊效應(yīng)十分明顯，對(duì)車(chē)輛行車(chē)舒適性的影響極小，主要影響輪對(duì)、軌道和路基結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，相同幅值的凹、凸焊縫不平順(工況二、三)對(duì)輪軌沖擊的影響比較接近，凸型焊縫不平順對(duì)系統(tǒng)影響相對(duì)凹型焊縫不平順較小，凹形焊縫不平順上疊加一短波不平順時(shí)，輪軌沖擊效應(yīng)顯著增大，導(dǎo)致與不平順直接接觸的輪對(duì)和鋼軌振動(dòng)明顯增強(qiáng)，其主要原因是單一諧波不平順?lè)茸兓券B加短波不平順更平緩。疊加短波不平順可引發(fā)輪重瞬時(shí)增、減載，過(guò)大的沖擊會(huì)引起較大的環(huán)境噪聲，加速軌道結(jié)構(gòu)的疲勞損傷，在高速行車(chē)條件下會(huì)造成很?chē)?yán)重的脫軌現(xiàn)象，影響行車(chē)安全。因此加強(qiáng)高速鐵路鋼軌的日常維護(hù)和打磨，嚴(yán)格限制焊縫不平順的大小特別是防止疊加短波不平順的存在，以降低輪軌之間的作用力是很有必要的。

3　結(jié)　論

本文在國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，建立了車(chē)輛-CRTSIII型板式無(wú)砟軌道-路基系統(tǒng)垂向耦合動(dòng)力學(xué)模型，并用建立的模型，對(duì)不同類(lèi)型的焊縫不平順對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明：

(1) 鋼軌焊縫不平順會(huì)引起車(chē)輛、軌道、路基系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能不同程度的變化，變化比較強(qiáng)烈的主要是與不平順直接接觸的車(chē)輛和軌道部件，如輪對(duì)、鋼軌等。

(2) 不同形式的焊縫不平順對(duì)系統(tǒng)影響程度各有不同，凹、凸型焊縫不平順對(duì)動(dòng)力特性的影響相對(duì)接近，凹型焊縫不平順疊加一短波不平順后，系統(tǒng)動(dòng)力特性顯著增大，特別是反映整體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的輪軌力在進(jìn)入不平順后變化很大，軌道路基各結(jié)構(gòu)部件振動(dòng)劇烈，極易引起較大的輪軌噪聲，軌道結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)惡化，造成結(jié)構(gòu)損傷。

(3) 在高速鐵路日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)中，應(yīng)重視鋼軌短波疊加焊縫不平順引起的沖擊振動(dòng)作用。

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Influence of Weld Irregularity on Dynamic Responses of Vehicle-track on Subgrade Vibration System

PEIChengjie1,SONGXiaolin1,MULing2

(1.State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;2.Sichuan Chuanyou Engineering Survey and Design Co.，Ltd. , Chengdu 610031, China)

Based on vehicle-track coupled dynamics theory, a finite element model of vehicle-slab track on subgrade was developed to explore the influence of rail weld joints on dynamic responses, the dynamic response of high speed vehicle through rail welding seam was simulated and analyzed and compared the dynamic responses of different kinds of rail weld irregularity on the system, the results showed that under high speed conditions, the rail weld made the dynamic performances of the vehicle-track and subgrade system changed in different degrees and the wheel/rail force increased, great influence on the wheel and rail vibration was caused because they directly contacted with the irregularity, but the weld irregularity made little difference on comfort. Different forms of weld irregularities had different influence on the system, The influence of the concave and convex weld irregularities on the dynamic characteristics was relatively close. After concave weld uneven stacked a short wave irregularity, the influence of vibration acceleration of wheelset and track structure was more obvious, track and subgrade structure stress were all increased, and the stress state of the track structure was deteriorated. In the maintenance of high speed railway in daily operation, it was important to pay attention to impact vibration effect caused by the rail overlapping shape weld irregularity.

vehicle-track coupled dynamics; weld irregularity; dynamic characteristics; finite element; CRTS III type slab track

2016-03-31

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2013CB036200);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51478397；51008254);牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究項(xiàng)目(2016TPL-T07)

裴承杰(1990-)，男，湖北荊州人，碩士，主要從事高速鐵路技術(shù)方面的研究，(E-mail)pcj2009@vip.qq.com;

宋小林(1979-)，男，河南南陽(yáng)人，副研究員，博士，主要從事高速鐵路路基工程和巖石工程方面的研究，(E-mail)sxlin_2000@163.com

1673-1549(2016)03-0050-05

10.11863/j.suse.2016.03.11

TB115

A