博碩士論文 103322013 詳細資訊




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姓名 張恆真(Heng-chen Chang)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 軌道車輛三維動態脫軌係數之在線量測理論
(Theory for the Determination of the Dynamic Derailment Quotients of Train by On-line Measurements)
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摘要(中) 本研究主要推導軌道車輛脫軌係數,藉以探討在不同的車輛自由度參數考慮下,獲得一接近實際狀況下的脫軌準則,亦即一脫軌係數公式;並可在營運車輛上佈置感測器,量測所需之參數即可獲得脫軌係數值。在推導脫軌係數的過程中,結合輪重減載率與前人的脫軌係數推導方式,並且考慮列車動力振動分析下,藉由各剛體釋放不同的自由度以建立運動方程式,此時的自由度包含側滾角、浮沉、及側移;最後在輪對的分析上,在臨界脫軌時,輪軌接觸面會有四種不同的接觸點位置情況來描述脫軌的情形,以及在爬軌脫軌與跳軌脫軌的不同脫軌行為下,分析輪軌接觸間的垂向力與橫向力平衡,來獲得脫軌係數與不同參數之關係。
接著數值模擬的部分,利用LS-DYNA建立單一輪對與軌道的有限元模型模擬真實跳軌脫軌行為,並輸出脫軌係數公式中所需之參數值,代入本論文所提之脫軌係數公式後,求得脫軌時的脫軌係數臨界值,發現當輪重減載的情況偏向輪緣貼靠之車輪時,臨界值越小;而摩擦係數與輪緣角的改變,並不會影響臨界值變化。
摘要(英) This study derives formulas about derailment quotients of train to investigate derailment criterions that can response the real conditions by different parameters. Then, it would be obtained on-line derailment quotients on in-situ testing by using these formulas. The computational theory was developed by considering the wheel unloading rates and theories of derailment quotients as well as vehicle system dynamics. To establish the Equations of Motion by vehicle system dynamics, releasing the degrees of freedom including horizontal movement, bounce, and roll on the rigid bodies is needed. In addition, there are four conditions about different positions of contact points at wheel-rail contact area at the derailment impending instant. Moreover, this theory separates two different types of derailment, which is climbing derailment and lifting derailment, to analyze the wheel-rail contact forces balance, including lateral and vertical contact forces, and obtain the relationship of derailment quotients and parameters of mechanical factors.
On the part of numerical simulation, a FEM model which is including one wheelset and two rail tracks is built by using LS-DYNA software to simulate the behavior of lifting derailment and obtain the limits of derailment quotients. Numerical examples demonstrate that, the larger the wheel unloading rates at the flange contact wheel are made, the smaller the limits of derailment quotients are. The variation of friction coefficients and flange angles cannot make the limits of derailment quotients obvious change.
關鍵字(中) ★ 脫軌係數
★ 輪軌接觸
★ 輪重減載率
★ 跳軌脫軌
關鍵字(英) ★ derailment quotient
★ wheel-rail contact
★ wheel unloading rates
★ lifting derailment
論文目次 摘要 I
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 文獻回顧 2
1.3.1 脫軌係數研究 2
1.3.2 車軌互制系統研究 3
1.4 研究方法 4
第二章 脫軌係數理論 6
2.1 脫軌判別準則 6
2.1.1 Nadal脫軌準則 6
2.1.2 Weinstock脫軌準則 8
2.1.3 日本JNR脫軌準則 9
2.1.4 輪重減載率 9
2.2 輪軸脫軌係數 10
2.2.1 輪對受力之座標轉換 11
2.2.2 二維輪軸脫軌係數 13
2.2.3 三維輪軸脫軌係數 15
第三章 三維車輛脫軌係數之推導 17
3.1 轉向架類型介紹 17
3.2 貨車轉向架系統之配置介紹 17
3.3 轉向架系統之運動方程式 19
3.3.1 車輛之剛體自由度定義 19
3.3.2 貨車轉向架系統之運動方程式 20
3.4 輪軌接觸力平衡分析 33
3.4.1 爬軌脫軌下的輪軌接觸分析 35
3.4.2 跳軌脫軌下的輪軌接觸分析 39
3.5 轉向架脫軌係數 43
第四章 脫軌係數數值分析 47
4.1 數值模型介紹 47
4.1.1 LS-DYNA簡介 47
4.1.2 模型建立 48
4.2 單輪對下的脫軌數值分析 51
4.2.1 力量加載 52
4.2.2 輪緣角度為60∘分析結果 54
4.2.3 輪緣角度為65∘分析結果 73
4.2.4 輪緣角度為70∘分析結果 91
4.2.5 與前人之脫軌係數極限值比較 109
第五章 結論與建議 112
5.1 結論 112
5.2 建議 112
參考文獻 114
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指導教授 王仲宇、王仁佐(Chung-Yue Wang Ren-Zuo Wang) 審核日期 2015-7-6
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