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研究生:陳志偉
研究生(外文):Zhi-Wei Chen
論文名稱:以有限元素法分析軌道結構於輪-軌互制作用下之反應
論文名稱(外文):Study of Track Responses Under Vehicle-Track Interaction with Finite Element Analysis
指導教授:郭振銘
指導教授(外文):Chen-Ming Kuo
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:有限元素法道碴軌道版式軌道輪軌互制
外文關鍵詞:slab trackinteractionballast trackABAQUSFEM
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以往在列車─軌道反應分析的研究中,列車的模擬方式有三種:移動荷重、移動質量、移動懸吊質量,其中移動懸吊質量為較真實的模擬方法。本研究以有限元素分析軟體ABAQUS建立版式及道碴兩種軌道模型,以及懸吊車輛模型,再建立互制機制使車輛與軌道進行列車行駛於軌道上之列車─軌道反應及參數定性分析。
研究中發現,列車速度提昇時軌道整體反應亦會增加,其中版式軌道反應較為複雜,在某些列車行駛速度下會有輪軌共振現象,使軌道反應異常放大,而道碴軌道的反應行為則較為穩定。另外還探討了車輛及軌道參數對軌道及車體的反應影響程度。在車重方面,列車重量愈大對軌道的負擔也愈大,而不論在版式軌道還是道碴軌道車體的加速度都會增加;簧下質量方面,簧下質量愈大對於列車、軌道的反應都有不利的影響,在版式軌道上尤其明顯,在道碴軌道上則較不顯著。另外,版式軌道中的支承墊則在各項反應中有明顯的影響力,較軟的支承墊雖然會加大變位,但對衝擊反應、輪軌接觸力增加率、車體加速度都有減小的助益。
This research reviews three types of simulation to revral vehicle-track coupled responses for moving trains, moving load, moving mass, and moving suspended mass. Finite element analysis package, ABAQUS, was untilized to build slab track and ballast track systems loaded by moving sprung mass. The model was rigorously validated with satisfactory success.
The analysis shows that track responses increase with train speed. The responses of slab track system are more complicated than those of ballast system because of resonance associated with axles and track system at specific speeds. The stiffness, damping, and unsprung mass were all varied to investigate the effects on the couples system. Train weight significantly increase rail stresses and vibration level. The adverse effects of large unsprung mass, especially on slab track systems, were revealed with analysis result. Finally, slab mat was found effective in alleviating track vibration and impact force with the expense of large rail deflections.
摘要 I
AbstractII
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 導論 1
1-1前言 1
1-2研究動機與目的1
1-3文獻回顧 2
1-4研究範圍及方法4
第二章 有限元素模型之建立6
2-1道碴軌道之結構6
2-2版式軌道之結構9
2-3版式軌道模型之建立12
2-4道碴軌道模型之建立18
2-5列車模型簡介及建立19
第三章 模型驗證23
3-1列車模擬系統對鋼軌反應之影響24
3-2彈性基礎簡支梁受單一移動荷重作用之分析28
3-3彈性基礎梁受單一移動荷重作用之分析29
3-4簡支梁受單一移動懸吊質量作用之分析31
第四章 車輛─軌道互制反應分析38
4-1列車與版式軌道之反應分析39
4-1-1基本歷時反應分析39
4-1-2各項參數對軌道變位之影響41
4-1-3各項參數對輪軌接觸力之影響46
4-1-4各項參數對轉向架加速度之影響50
4-1-5綜合討論55
4-2列車與道碴軌道之反應分析57
4-2-1基本歷時反應分析57
4-2-2各項參數對軌道變位之影響61
4-2-3各項參數對輪軌接觸力之影響64
4-2-4各項參數對轉向架加速度之影響68
4-2-5綜合討論71
4-3版式軌道與道碴軌道之反應比較71
第五章 結論與展望76
5-1結論76
5-2展望77
參考文獻79
簡歷82
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