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第四章轨道结构力学分析 轨道结构力学分析目的： （1）确定机车车辆作用于轨道上的力； （2）在一定运行条件下，确定轨道结构的承载能力； 轨道结构承载能力计算包括三个方面： （1）强度计算； （2）寿命计算； （3）残余变形计算。 轨道结构设计 轨道结构承载能力设计 变形设计 行车舒适性设计 安全设计 动力仿真计算 第二节 作用在轨道上的力 垂向力：竖直力 横向力 纵向力 2、确定垂向力的方法 1）概率组合：前苏联代表 2）计算模型：动力仿真计算 3）速度系数法： （1）概率组合确定垂向力 弹簧振动 轨道不平顺 车轮单独不平顺（扁瘢） 车轮连续不平顺（不圆顺车轮） 概率组合——数学平均值与其均方差的 2.5倍之和。 （3）速度系数法确定垂向力 二、横向水平力 1、定义：轮缘作用在轨头侧面的横向水平力 2、产生原因 导向力——最主要的原因 蛇行力 曲线上未被平衡的离心力 轨道方向不平顺 三、纵向水平力 爬行力——钢轨在动载作用下波浪形挠曲 坡道上列车重力的纵向分力 制动力——9.8Mpa 温度力 摩擦力纵向分力 第三节 轨道结构竖向受力分析及计算方法 准静态计算方法： 1）轨道强度静力计算； 2）轨道强度动力计算——准静态计算； 3）轨道各个部件强度检算。 一、轨道静力计算 计算模型：有两种 1）连续弹性基础梁模型； 2）连续弹性点支承梁模型。 弹性点支承模型 图示 计算方法：有限元 弹性基础梁法 钢轨：支承在弹性基础上的无限长梁 垫板＋轨枕+道床+路基=弹性基础 符合Winkler假设 Winkler 假定 作用于弹性基础单位面积上的压力，和压力所引起的沉陷之间成直线比例关系。 （1）基本假设 1）钢轨与车辆符合标准要求； 2）钢轨是支承在弹性基础上的无限长梁； 3）轮载作用在钢轨对称面上，两股荷载相等； 4）两股钢轨分开计算； 5）不考虑轨道自重。 （2）基本参数1 反映轨道基础弹性的参数 了解基础弹性的特点 道床系数 钢轨支点刚度系数 钢轨基础弹性系数 1、钢轨支点弹性系数D 定义：使钢轨支点顶面产生单位下沉而作 用在钢轨支点顶面上的钢轨压力。 公式： 单位： 2、道床系数C 定义：作用在道床单位面积上使道床顶面产生单位下沉的压力。 3、钢轨基础弹性模量u 定义：使钢轨产生单位下沉而必须作用 在单位长度钢轨上的压力。 公式： 单位： C、D、u之间的关系 关系1： 关系2： （3）计算公式推导 由材料力学可知： 根据Winkler假定 解四阶微分方程，利用特征根 钢轨挠度y等 单轮载作用下计算y、M、R公式 多个集中轮载作用下计算公式 二、轨道强度动力计算——准静态计算 三个系数： 1）速度系数 2）偏载系数 3）横向水平力系数 1、速度系数 2、偏载系数 3、横向水平力系数 定义：轨底外缘弯曲应力与轨底中心弯 曲应力的比值。 公式： 4、准静态计算公式 动力计算方法：准静态 计算步骤： 1）计算静态情况下的y、M、R 2）计算系数 3）计算准静态的yd、Md、Rd 4）各部件强度检算 本节总结 作用在轨道上的力有哪些？ 轨道强度静力计算的方法 基本计算模型 基本参数 准静态计算步骤 各种系数 轨道各部件的强度检算 准静态计算方法 (一)钢轨强度检算 作用在钢轨上的应力： 1）基本应力：弯曲应力、温度应力 2）局部应力：接触应力、应力集中 3）固有应力：残余应力 4）附加应力：制动应力、爬行力 桥上附加应力 （1）钢轨基本应力计算 弯曲应力： 轨底： 轨头： 温度应力： 普通线路：查表4-5,P115 无缝线路： 基本应力：弯曲应力+温度应力= 轨底： 轨头： （2）钢轨局部接触应力计算 计算模型：赫兹接触理论：两个垂直圆柱体，接触面为椭圆。 赫兹理论计算公式 椭圆长、短半轴计算 剪应力 本节总结 接触应力模型 接触应力计算方法 (二)轨枕承压强度与弯矩检算 1）轨枕顶面承压应力计算： 2)轨枕弯矩计算 四种计算方法： 1）把轨枕视为一根支承在弹性地基上的等截面定长梁； 2）支承在非均匀支承的变截面有限长连续梁 3）安全度设计理论 4）把轨枕视为支承在一定支承条件的倒置简支梁。 倒置简支梁法：最不利道床支承方案 三种道床支承方式： 1、中间60cm不支承； 2、中间部分支承； 3、中间完全支承。 计算轨下截面正弯矩 最不利支承