高速铁路车-轨-桥动力系统Rayleigh阻尼参数优化研究

本文主要探讨了车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数的优化选择，特别是在高速铁路背景下，针对40米简支梁桥、板式无砟轨道以及高速列车的动力学特性进行深入研究。Rayleigh阻尼是一种广泛用于结构动力学分析中的简化模型，它通过考虑结构的线性和非线性振动行为，引入了两个参数：阻尼比ξ和参考频率ω。阻尼比描述了系统内部能量耗散的程度，而参考频率则决定了能量吸收的频率范围。 文章首先介绍了研究背景，指出在实际工程设计中，确定合适的Rayleigh阻尼参数对于控制车-轨-桥系统的动力响应至关重要，特别是对于减少桥梁位移、加速度、脱轨系数和轮重减载率等关键性能指标的影响。作者利用桥梁动力分析程序BDAP V2.0，对不同阻尼比和参考频率组合下的动力响应进行了详细的数值模拟分析。 研究结果显示，随着阻尼比的增大，系统整体的动力响应减小，这有助于提高系统的稳定性。然而，车体加速度的变化相对较小，可能是因为车体自身的阻尼效应有限，且其运动主要受轨道和桥梁动态特性的影响。另一方面，当阻尼比保持不变时，调整参考频率（ωj）可以起到类似降低阻尼比的效果，从而改变系统的动力响应特性。 为了实现更精确的系统仿真和优化，作者提出了一种统一的取值策略：结构阻尼比ξ应根据材料类型选择较小值，以充分考虑材料的自然衰减；参考频率ω1应取结构的基频，这反映了系统的主要振动模式；而ωj则根据轨道几何不平顺产生的最高激振频率ω'1来设定，该频率等于最高车速除以轨道最小几何不平顺波长。 本文的研究对于理解和优化车-轨-桥动力系统的动力学行为具有重要意义，不仅提供了实用的设计指导，还为后续车辆-轨道-桥梁动力学建模和减振技术的发展奠定了理论基础。通过合理选择Rayleigh阻尼参数，可以有效降低系统的动态响应，提升高速铁路的运行安全和舒适性。