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题名高铁扣件弹性元件宽频动静刚度比表征与设计
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作者
张校恺
韦凯
王显
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机构
西南交通大学土木工程学院
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出处
《铁道标准设计》
北大核心
2024年第11期65-71,共7页
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基金
国家自然科学基金面上项目(51978583)
四川省科技支撑计划项目(2021YFSY0061)。
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文摘
目前国内高铁扣件弹性元件动静刚度比的设计主要依赖工程经验而暂无理论依据,随着列车速度突破350 km/h,其实际过车频率早已超过传统设计所使用的4 Hz,仍沿用传统设计方法可能存在安全隐患。为了保证高铁扣件动静刚度比的科学设计,基于经典黏弹塑性动力学与分数阶Zener模型对扣件弹性元件宽频动静刚度比进行理论推导与表征,讨论扣件弹性元件加载频率趋于零和无穷大时的储能刚度K0、K∞以及扣件弹性元件松弛时间对动静刚度比频变特性的影响,针对动静刚度比对行车安全的影响提出动静刚度比设计方法,最后针对文中案例给出扣件弹性元件动静刚度比取值范围的建议。主要研究结论:(1)扣件弹性元件的动静刚度比随着频率增大而非线性增大,增幅随着频率的增加而减小,最后趋于稳定,本文表征所用扣件动静刚度比在0~10 Hz(10~20 Hz)的增幅为44%(7%);(2)刚度和阻尼相关参数的取值并不会影响动静刚度比的频变特性,但会导致其增幅出现明显的差异且不同参数的影响程度不同,K0对增幅影响最为显著,其次是K∞与τ;(3)动静刚度比过大和过小均会增大列车脱轨风险,建议扣件静刚度为20 kN/mm时,设计速度分别为250,350,400,500 km/h的线路中所用扣件在实际过车频率下的动静刚度比应大于1.02并分别小于1.90,1.70,1.65,1.50。
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关键词
高速铁路
扣件系统
黏弹性力学
分数阶Zener模型
宽频动静刚度比
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Keywords
high-speed railway
fastener system
mechanics of viscoelasticity
fractional Zener model
broadband dynamic-static stiffness ratio
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分类号
U238
[交通运输工程—道路与铁道工程]
U213.2
[交通运输工程—道路与铁道工程]
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