模態分析在浮置板軌道參數優化中的應用

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行了模態分析。

關鍵詞：模態分析；浮置板軌道；振動特性；固有頻率

中圖分類號：U211.3 文獻標識碼：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，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，依據模態分析理論，建立浮置板軌道有限元實體模型，計算、分析了參數變化對系統振動頻率的影響。

1 浮置板軌道結構參數

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。扣件的布置間距為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

為了準確反映結構的特征和受力特性，運用ANSYS軟件建立浮置板軌道結構的三維有限元模型。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 模態計算和結果分析

模態分析用于得到結構的固有頻率和振型，二者是浮置板軌道結構重要的動力參數。運用模態分析的方法可以在設計階段分析結構的動力特性，優化結構參數的選擇。浮置板軌道結構擁有許多高階振動模態，在列車經過時，影響隔振效果的主要因素是浮置板軌道結構的固有振動頻率，特別是低階固有頻率。在計算時，取前五階模態進行分析。本文采用的縮減法需要預先定義主自由度，而主自由度的選擇對結果有很大的影響。

為了研究軌道結構的振動特性，可從改變系統的參振質量入手，改變浮置板厚度可以使系統的參振質量發生變化。另外，幾乎沒有文獻討論過浮置板寬度對振動特性的影響。因此，本文以這2個參數的變化為前提分析浮置板厚度和寬度改變對系統固有頻率的影響，其影響結果如圖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量增加，系統的固有頻率降低，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構的變形，進

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，浮置板軌道結構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 結束語

增大浮置板的厚度，浮置板的質量增大，系統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，可以適當增加浮置板的厚度，以達到更好的減振效果。

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

參考文獻

[1]耿傳智，田苗盛，董國憲.浮置板軌道結構的振動頻率分析[J].城市軌道交通研究，2007（3）.

[2]代豐，劉亞航，徐金輝，等.減振型板式軌道的模態分析[J].鐵道建筑，2011（9）.

〔編輯：白潔〕