[发明专利]一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法

权利要求书

1.一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

(ⅰ)收集并计算轮轨冲击荷载相应参数

建立列车和轨道的垂向模型，获取轮轨冲击荷载的相关参数；

(ⅱ)根据时间关系得临界速度表达式及具体数值

根据时间关系，得到临界速度表达式，结合轮轨冲击荷载的相关参数，得到临界速度；

(ⅲ)判断列车速度是否大于临界速度

根据临界速度对列车速度进行判定，大于临界速度为高速运行，小于临界速度为低速运行；

(ⅳ)采用高速运行时推导的高频瞬态冲击力和中低频响应力修正公式进行计算

建立高速运行时的力学模型，得到高速运行时的冲击速度并得到修正后冲击力计算公式；

(ⅴ)采用低速运行时推导的高频瞬态冲击力和中低频响应力修正公式进行计算

建立低速运行时的力学模型，得到低速运行时的冲击速度并得到修正后冲击力计算公式；

步骤(ⅳ)中高速运行时的冲击速度和修正计算后冲击力公式具体如下：

当重载列车运行速度高于v₀时，车轮在经过A点后开始做平抛运动，经过凹陷部位的时间由车轮水平速度决定，车轮运行至B点时冲击速度主要包括车轮做自由落体运动接触轨道的速度和车轮旋转产生的垂直分量v_y2(v_y2＝γv₁sinβ≈γv₁β)两部分组成，其中，μ为列车力学参数比，具体为列车簧上簧下质量之和与簧下质量比值乘以重力加速度，

由几何关系解得：

则无缝钢轨接头处的冲击速度为：

计算得出：

转角α为:

修正公式如下：

其中，v₁—车轮进入钢轨接头前的运行速度；v₂—车轮钢轨接头B点的速度；l₀—钢轨接头凹陷部位长度；M₁，M₂—为重载列车车辆簧上、簧下质量，kg；R—车轮半径；γ—车轮旋转惯量转换为往复惯量的系数；α—车轮转角；h—车轮轴心下降高度；P_st—重载列车静态轮载，kN；K_H—线性的轮轨接触刚度；m_e—有效轨道质量，kg，取0.4m,其中m为一根当量弹性地基梁的分布轨道质量，m＝m_r+m_s/a,其中m_r为钢轨单位长度质量，kg/m，m_s为半根轨枕质量，kg，a为轨枕间隔，取0.6m；m_u—车辆簧下质量；m_t—轨道集中质量，kg，

其中k为钢轨分布刚度，E为钢轨弹性模量，J为钢轨截面惯性矩；k_t—轨道集中刚度，N/m，C_t—轨道的集中阻尼，N·s·m^-1，其中C为轨道分布阻尼，N·s·m^-1。

2.根据权利要求1所述的一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法，其特征在于：步骤(ⅰ)中重载的列车简化为一个二系弹簧质量体系模型。

3.根据权利要求2所述的一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法，其特征在于：步骤(ⅰ)中考虑到列车和轨道模型的对称性，取一半结构进行动力分析。

4.根据权利要求3所述的一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法，其特征在于：步骤(ⅰ)中忽略列车蛇形运动等产生的横向振动荷载，只考虑轮轨系统的垂向振动效应。

5.根据权利要求4所述的一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法，其特征在于：步骤(ⅰ)中钢轨为Winkler弹性地基梁基础上的Euler梁模型。