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非线性准零刚度浮置板轨道振动响应分析

2021.2.03

　　目的：

　　综合考虑车轨耦合系统的安全性与减振效果，合理优化浮置板轨道用准零刚度隔振器正负刚度元件的参数匹配，从而降低钢弹簧浮置板轨道基频，提高低频减振效果。

　　创新点：

　　1. 应用高静低动非线性刚度特征，在保证动态位移不超限的前提下，进一步优化浮置板轨道的低频减振效果，解决了传统线性隔振理论面临的瓶颈问题。2. 在毫米级的动态位移限制范围内，研究了一种针对浮置板准零刚度隔振器结构的参数匹配优化分析方法。

　　方法：

　　针对浮置板轨道毫米级动态位移，提出正负刚度元件参数的匹配研究顺序以及合理取值范围。2. 建立一种车辆-准零刚度浮置板轨道耦合动力学模型。3. 综合准零刚度隔振器对轮轨系统安全性及浮置板轨道减振效果的影响，提出正负刚度元件的参数匹配及优化方法。

　　结论：

　　1. 在浮置板轨道毫米级动态位移范围内，隔振器的刚度非线性程度主要取决于负刚度元件的原始长度（图2）。2. 负刚度元件在浮置板轨道无车载情况下的压缩长度决定了浮置板轨道在静力荷载作用下的低动刚度（图3）；然而，为了保证浮置板轨道动态位移不超限，需要提高正刚度元件的刚度以实现浮置板轨道在车辆荷载作用下的高静刚度（图4）。3. 在隔振器承载能力相同的情况下，正负刚度元件有多种刚度匹配方式（图4），但其减振效果与非线性特性密切相关；刚度非线性过低，其减振效果与降低线性隔振器刚度相似（图10和11）；刚度非线性过强，将会导致高于传统固有频率的振动被放大（图17）。4. 通过关键参数的合理匹配，在不增加浮置板轨道动态位移的情况下（图12），固有频率可降低20%，而基频处浮置板垂向振动加速度水平和支承力分别降低6.9 dB和55%（图16和17）。

　　关键词组：

　　浮置板轨道；准零刚度隔振器；车辆轨道耦合动力学；低频减振效果

　　作者：

　　Ze-ming Zhao, Kai Wei, Juan-juan Ren, Gao-feng Xu, Xiang-gang Du, Ping Wang

　　本文引用格式：

　　Ze-ming Zhao, Kai Wei, Juan-juan Ren, Gao-feng Xu, Xiang-gang Du, Ping Wang, 2021. Vibration response analysis of floating slab track supported by nonlinear quasi-zero-stiffness vibration isolators.

　　Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering), 22(1):37-52.

　　https://doi.org/10.1631/jzus.A2000040

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