铁路轨道高聚物弹性元件刚度设计方法与应用

为了科学指导城市轨道交通减振轨道高聚物弹性元件刚度的工程设计及效果评估，作者首先在高聚物结构、热转变特性及其力学性能的经典理论表征方法介绍的基础上，提出了轨道高聚物弹性元件非线性载变、频变（温变）和幅变刚度的试验测试与理论表征新方法；然后，以轨道弹性元件刚度设计的实际工程为案例，通过建立可真实反映高聚物弹性元件非线性刚度的轨道动力学模型以及新型室内测试评估方法，在理论与实验相互验证的基础上，分别提出了轨道高聚物弹性元件载变、幅/频变和载/频变非线性刚度的科学设计方法；最后，为了科学评估轨道高聚物弹性元件减振效果长期保持方面的服役寿命，针对不同服役环境（特别是隧道内外），开展了轨道高聚物弹性元件热-力耦合疲劳+老化试验，提出了轨道高聚物弹性元件刚度的疲劳+老化寿命预测方法。

序
前言
第1章 绪论 1
参考文献 12
第2章 高聚物结构及热转变 15
2.1 高聚物结构及热运动特征 15
2.1.1 高分子结构 15
2.1.2 高分子微观热运动 19
2.1.3 非晶态高聚物材料宏观热转变 20
2.2 高聚物热运动的玻璃化转变理论 22
2.2.1 自由体积理论及WLF方程 23
2.2.2 时间-温度叠加原理 26
2.2.3 玻璃化转变温度的影响因素 30
2.3 高聚物玻璃化转变温度的测量方法 33
2.3.1 静态测量法 33
2.3.2 动态测量法 34
参考文献 43
第3章 高聚物力学性能及理论表征模型 45
3.1 高聚物超弹性力学特征及理论模型 45
3.1.1 高聚物超弹性力学特征 45
3.1.2 超弹性力学模型简介 46
3.1.3 超弹性力学模型表征 49
3.2 高聚物线性黏弹性力学特征及理论模型 55
3.2.1 高聚物线性黏弹性力学特征 55
3.2.2 高聚物线性黏弹性力学模型 62
3.3 高聚物非线性黏弹性力学特征及理论模型 94
3.3.1 高聚物非线性黏弹性力学特征 94
3.3.2 高聚物非线性黏弹性力学模型 97
参考文献 100
第4章 铁路轨道高聚物弹性元件非线性刚度测试与表征 103
4.1 轨道高聚物弹性元件刚度的测试指标及参数 103
4.1.1 测试荷载范围 104
4.1.2 刚度分类及定义 106
4.1.3 几何道砟板 110
4.2 轨道扣件系统高聚物弹性元件非线性刚度测试与表征 112
4.2.1 实验设备与配件 112
4.2.2 实验工况与步骤 116
4.2.3 实验结果与表征 121
4.3 隔离式减振垫浮置板轨道高聚物弹性元件非线性刚度测试与表征 130
4.3.1 实验设备 130
4.3.2 实验测试 134
4.3.3 实验结果与表征 138
4.4 地铁车辆段有砟轨道轨枕和道砟弹性元件非线性刚度测试与表征 143
4.4.1 实验测试 143
4.4.2 轨枕垫实验结果分析 147
4.4.3 道砟垫实验结果分析 149
参考文献 150
第5章 铁路轨道高聚物弹性元件载变非线性刚度设计 152
5.1 轨道扣件系统组装垂向载变非线性刚度的测试与设计 152
5.1.1 扣件系统组装垂向刚度设计的经典计算模型 153
5.1.2 分开式扣件系统组装垂向刚度的室内实验测试 157
5.1.3 分开式扣件系统组装垂向刚度设计的有限元模型 160
5.1.4 分开式扣件系统组装垂向刚度设计的理论解析模型 166
5.2 隔离式减振垫浮置板弹性元件垂向载变非线性刚度设计 174
5.2.1 非线性(准)零刚度隔振系统的减振原理 174
5.2.2 隔离式减振垫浮置板弹性元件垂向载变非线性刚度的减振效果分析 178
5.2.3 隔离式减振垫浮置板弹性元件垂向载变非线性刚度设计的优化建议 182
参考文献 183
第6章 铁路轨道高聚物弹性元件幅/频变非线性动刚度设计 152
6.1 轨道扣件弹性元件幅/频变动刚度的轮轨垂向耦合时域动力学模型 153
6.1.1 车辆垂向运动的动力学模型 153
6.1.2 无砟轨道垂向运动的动力学模型 155
6.1.3 轮轨垂向接触模型及算法 160
6.2 轨道扣件弹性元件幅/频变动刚度的轮轨垂向耦合频域动力学模型 163
6.2.1 车辆垂向运动的动力学矩阵 164
6.2.2 钢轨-扣件系统周期子结构的动力学矩阵 165
6.2.3 轮轨耦合垂向力向量 168
6.2.4 轮轨耦合随机振动的虚拟激励算法 171
6.3 轨道扣件弹性元件幅/频变非线性动刚度对轮轨动力响应的影响 171
6.3.1 工况设计 171
6.3.2 结果分析 173
参考文献 213
第7章 铁路轨道高聚物弹性元件载/频变非线性动刚度设计 215
7.1 高聚物弹性元件轨道系统固有频率的科学算法及实验验证 216
7.1.1 高聚物弹性元件减振轨道系统固有频率的科学算法 216
7.1.2 钢轨-扣件系统固有频率的理论计算及实验验证 218
7.1.3 隔离式减振垫浮置板轨道固有频率的理论计算及实验验证 227
7.2 高聚物弹性元件载/频变非线性动刚度的轮轨空间耦合动力学模型 232
7.2.1 基于分数阶导数PT模型的车辆-轨道空间耦合动力学模型 233
7.2.2 基于Simulink-Simpack联合仿真的车辆-轨道空间刚柔耦合动力学模型 236
7.2.3 两类仿真模型的对比验证 241
7.3 高聚物弹性元件载/频变非线性动刚度的科学设计方法 246
7.3.1 高聚物弹性元件动刚度传统设计方法的误差分析 246
7.3.2 高聚物弹性元件刚度的科学设计方法 259
7.3.3 高聚物弹性元件减振刚度设计的其他关键因素 269
7.4 高聚物弹性元件减振轨道插入损失的室内测试评价方法 271
7.4.1 车辆-轨道垂向耦合动力仿真 272
7.4.2 室内落轴测试新系统设计及数值仿真 275
7.4.3 室内落轴测试新方法的实测效果分析 278
参考文献 281
第8章 铁路轨道高聚物弹性元件刚度老化特征及寿命预测 282
8.1 轨道高聚物弹性元件动刚度老化失效寿命的预测方法 283
8.1.1 Arrhenius方程预测方法 283
8.1.2 动力曲线直化预测方法 284
8.1.3 WLF方程预测方法 286
8.2 轨道高聚物弹性元件刚度老化实验、特征分析及预测方法 287
8.2.1 实验工况设计 287
8.2.2 实验结果分析 288
……