• ISSN 0258-2724
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考虑结构周期性的高温超导磁浮永磁轨道不平顺谱

吕涛 邵天洋 陈嵘 高文君 王平 陈律铭 李艳

吕涛, 邵天洋, 陈嵘, 高文君, 王平, 陈律铭, 李艳. 考虑结构周期性的高温超导磁浮永磁轨道不平顺谱[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250095
引用本文: 吕涛, 邵天洋, 陈嵘, 高文君, 王平, 陈律铭, 李艳. 考虑结构周期性的高温超导磁浮永磁轨道不平顺谱[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250095
LÜ Tao, SHAO Tianyang, CHEN Rong, GAO Wenjun, WANG Ping, CHEN Lümin, LI Yang. Track Irregularity Spectrum of High-Temperature Superconducting Maglev Permanent Magnet Considering Structural Periodicity[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250095
Citation: LÜ Tao, SHAO Tianyang, CHEN Rong, GAO Wenjun, WANG Ping, CHEN Lümin, LI Yang. Track Irregularity Spectrum of High-Temperature Superconducting Maglev Permanent Magnet Considering Structural Periodicity[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250095

考虑结构周期性的高温超导磁浮永磁轨道不平顺谱

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250095
详细信息
    作者简介:

    吕涛(1987—),男,副教授,博士,研究方向为铁路轨道动力学,E-mail:t.lyu@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    李艳(1984—),女,高级工程师,博士,研究方向为新型轨道交通系统及车轨耦合关系,E-mail: liyan_0712@163.com

  • 中图分类号: U237

Track Irregularity Spectrum of High-Temperature Superconducting Maglev Permanent Magnet Considering Structural Periodicity

  • 摘要:

    为给高温超导钉扎磁浮系统提供较为符合实际的几何不平顺轨道谱,开展考虑结构周期性的高温超导磁浮永磁轨道不平顺谱研究. 为实现包含结构周期性的永磁轨道不平顺谱表征和反演,首先建立高温超导磁浮桥梁、永磁轨道有限元模型,对其施加磁浮列车移动荷载获取最不利荷载作用位置并提取该点位移作为动态不平顺;其次,考虑桥梁徐变上拱造成的永磁轨道变形,叠加列车荷载下周期性动态不平顺结果形成轨道周期性不平顺样本;进一步,考虑永磁轨道拼装随机误差,基于白噪声滤波法得到永磁轨道随机几何不平顺样本,与周期性不平顺叠加,形成永磁轨道不平顺谱;采用4阶多项式和洛伦兹函数对永磁轨道不平顺谱进行拟合,并基于逆傅里叶变换反演拟合谱,以检验拟合算法的有效性;最后,分析列车速度变化对永磁轨道不平顺拟合谱的影响. 结果表明:列车荷载速度变化对永磁轨道不平顺谱的影响主要集中在波长3~100 m范围内;当速度接近与桥梁共振的临界速度时,永磁轨道拟合谱反演不平顺幅值变化较为显著. 本文得到的不平顺谱可方便地应用于高温超导磁浮车辆动力学计算中,为不同速度等级高温超导磁浮列车动力学分析与设计优化提供输入.

     

  • 图 1  永磁轨道/桥梁有限元模型(单位:m)

    Figure 1.  Finite element model of permanent magnet (PM) track/bridge (unit: m)

    图 2  单节列车荷载分布及模拟示意

    Figure 2.  Load distribution and simulation of single section train

    图 3  不同位置荷载作用点动态位移最大幅值

    Figure 3.  Maximum amplitude of dynamic displacement at different loading points

    图 4  桥梁跨中竖向挠度曲线(9跨为例)

    Figure 4.  Vertical deflection curves of bridge mid span (with 9 spans as examples)

    图 5  9跨梁永磁轨道动态位移

    Figure 5.  Dynamic displacement of 9-span bridge PM track

    图 6  永磁轨道动态位移谱

    Figure 6.  Dynamic displacement spectrum of PM track

    图 7  轨道梁周期性成分、轨道板周期性成分

    Figure 7.  Periodic components of bridges and track slabs

    图 8  桥梁徐变上拱

    Figure 8.  Bridge creep camber

    图 9  叠加周期性不平顺

    Figure 9.  Superimposing periodic irregularity

    图 10  永磁轨道随机、周期不平顺样本

    Figure 10.  Random and periodic irregularity samples of PM track

    图 11  多项式拟合永磁轨道不平顺功率密度谱

    Figure 11.  Polynomial fitting of power density spectrum of PM track irregularity

    图 12  融合周期性谱峰拟合结果

    Figure 12.  Fitting results of periodic spectral peak

    图 13  拟合曲线反演结果

    Figure 13.  Fitting curve inversion results

    图 14  不同速度永磁轨道动态位移谱

    Figure 14.  Dynamic displacement spectrum of PM track at different speeds

    图 15  不同速度永磁轨道不平顺谱拟合结果

    Figure 15.  Fitting results of PM track irregularity spectrum at different speeds

    表  1  模型材料参数取值

    Table  1.   Model material parameter values

    构件名称 物理量 数值
    永磁轨道 弹性模量/Pa 2×1011
    密度/( kg•m−3 7850
    泊松比 0.3
    轨道板 混凝土等级 C60
    弹性模量/Pa 3.65×1010
    密度/( kg•m−3 2500
    泊松比 0.2
    轨道梁 混凝土等级 C40
    弹性模量/Pa 3.3×1010
    密度/( kg•m−3 2500
    泊松比 0.2
    桥墩 混凝土等级 C40
    弹性模量/Pa 3.3×1010
    密度/( kg•m−3 2500
    泊松比 0.2
    支座 刚度/( N·m−1 4×1010
    阻尼/(N·s·m−1 1.2×105
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    表  2  4阶多项式拟合参数

    Table  2.   4th order polynomial fitting parameters

    参数 a0 a1 a2 a3 a4
    拟合值 0.6289 0.6996 2.5598 1.5480 0.3580
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    表  3  周期性谱峰拟合参数值

    Table  3.   Periodic spectral peak fitting parameter values

    谱峰 $\varphi $ $\gamma $
    1 300.0 0.00059
    2 208.0 0.00058
    3 88.0 0.00050
    4 30.0 0.00040
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    表  4  不同速度谱峰拟合参数

    Table  4.   Fitting parameters of spectral peaks at different velocity

    速度/(km•h−1 谱峰 $ \varphi $ $\gamma $
    100 1 250.0 0.00060
    2 80.0 0.00052
    3 35.0 0.00051
    4 3.5 0.00050
    200 1 248.0 0.00060
    2 75.0 0.00052
    3 38.0 0.00051
    4 4.0 0.00048
    300 1 252.0 0.00059
    2 78.0 0.00050
    3 36.0 0.00049
    4 3.8 0.00048
    400 1 260.0 0.00059
    2 80.0 0.00051
    3 40.0 0.00050
    4 4.2 0.00048
    500 1 255.0 0.00060
    2 81.0 0.00051
    3 38.0 0.00050
    4 5.0 0.00050
    600 1 258.0 0.00061
    2 80.0 0.00050
    3 40.0 0.00050
    4 4.6 0.00049
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    表  5  不同速度随机谱拟合参数

    Table  5.   Fitting parameters of random spectrum at different speed

    速度/(km•h−1 a0 a1 a2 a3 a4
    100 0.6289 0.6996 2.5598 1.5480 0.3580
    200 0.6287 0.6971 2.5462 1.5477 0.3610
    300 0.6276 0.7239 2.6614 1.6748 0.3991
    400 0.6286 0.7127 2.6354 1.6913 0.4134
    500 0.6302 0.6893 2.5677 1.6524 0.4081
    600 0.6287 0.7073 2.6156 1.6864 0.4140
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-03-11
  • 修回日期:  2025-07-05
  • 网络出版日期:  2026-03-16

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