模態(tài)分析在浮置板軌道參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用

李貴闊　劉帥

摘 要：以浮置板軌道為研究對象，建立有限元模型，對不同厚度、寬度下的浮置板軌道進(jìn)行了模態(tài)分析。

關(guān)鍵詞：模態(tài)分析；浮置板軌道；振動特性；固有頻率

中圖分類號：U211.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.074

浮置板軌道的減振性能與固有頻率密切相關(guān)，因此，研究浮置板軌道的振動特性是很有必要的。本文采用ANSYS軟件中的縮減法，依據(jù)模態(tài)分析理論，建立浮置板軌道有限元實體模型，計算、分析了參數(shù)變化對系統(tǒng)振動頻率的影響。

1 浮置板軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)

鋼軌采用60 kg/m的鋼軌，鋼軌容重為7 960 kN/m3，泊松比為0.3，彈性模量E為210 GPa。浮置板的長度為24 m，寬3 m，高0.5 m，密度為2 500 kg/m3，泊松比為0.2，彈性模量E為32 GPa?？奂牟贾瞄g距為0.6 m，剛度為50 kN/mm，阻尼為50 kN·s/m；鋼彈簧剛度為10 kN/mm，阻尼為75 kN·s/m。

2 浮置板軌道模型的建立

為了準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的特征和受力特性，運用ANSYS軟件建立浮置板軌道結(jié)構(gòu)的三維有限元模型。在有限元模型中，采用BEAM188單元模擬鋼軌，扣件和鋼彈簧支座用彈簧阻尼單元COMBIN14模擬，浮置板用實體單元SOLID45單元模擬。建立的有限元實體模型如圖1所示。

3 模態(tài)計算和結(jié)果分析

模態(tài)分析用于得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，二者是浮置板軌道結(jié)構(gòu)重要的動力參數(shù)。運用模態(tài)分析的方法可以在設(shè)計階段分析結(jié)構(gòu)的動力特性，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇。浮置板軌道結(jié)構(gòu)擁有許多高階振動模態(tài)，在列車經(jīng)過時，影響隔振效果的主要因素是浮置板軌道結(jié)構(gòu)的固有振動頻率，特別是低階固有頻率。在計算時，取前五階模態(tài)進(jìn)行分析。本文采用的縮減法需要預(yù)先定義主自由度，而主自由度的選擇對結(jié)果有很大的影響。

為了研究軌道結(jié)構(gòu)的振動特性，可從改變系統(tǒng)的參振質(zhì)量入手，改變浮置板厚度可以使系統(tǒng)的參振質(zhì)量發(fā)生變化。另外，幾乎沒有文獻(xiàn)討論過浮置板寬度對振動特性的影響。因此，本文以這2個參數(shù)的變化為前提分析浮置板厚度和寬度改變對系統(tǒng)固有頻率的影響，其影響結(jié)果如圖2、圖3所示。

由圖2可知，隨著浮置板厚度的增加，系統(tǒng)前兩階頻率逐漸變小，而后幾階固有頻率卻呈增大的趨勢。浮置板的厚度增加使得參振質(zhì)量增加，系統(tǒng)的固有頻率降低，同時，浮置板抗彎剛度的增加會減緩浮置板和浮置板軌道軌道結(jié)構(gòu)的變形，進(jìn)

而提高列車運行的平順性和安全性。

由圖3可知，隨著浮置板寬度的增加，浮置板軌道結(jié)構(gòu)的前兩階頻率變化不大，后幾階頻率幾乎沒有變化，第一階頻率由11.065 Hz降低到了10.06 Hz，系統(tǒng)固有頻率降低了9.08%；第五階頻率由36.311 Hz降低到了36.1 Hz，系統(tǒng)固有頻率僅降低了0.6%.因此，在研究浮置板軌道的振動特性時，可以不重點考慮浮置板寬度的影響。

4 結(jié)束語

增大浮置板的厚度，浮置板的質(zhì)量增大，系統(tǒng)前兩階固有頻率呈降低趨勢。在滿足建筑限界要求的前提下，可以適當(dāng)增加浮置板的厚度，以達(dá)到更好的減振效果。

浮置板寬度對系統(tǒng)固有頻率的影響比較小，所以，可以不作為重點考慮對象，可以結(jié)合施工條件、建筑限界、減振需要等因素綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕