Phân tích động lực học tàu cao tốc có xét đến hiện tượng nảy bánh xe và ảnh hưởng của độ cong thanh ray báo cáo tổng kết kết quả đề tài khcn cấp trường msđt t ktxd 2014 56

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA O BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC TÀU CAO TỐC CÓ XÉT ĐẾN HIỆN TƯỢNG NẢY BÁNH XE VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CONG THANH RAY Mã số đề tài: T-KTXD-2014-56 Thời gian thực hiện: 03/2014 - 02/2015 Chủ nhiệm đề tài: TS Lương Văn Hải Cán tham gia đề tài: TS Nguyễn Trọng Phước ThS Nguyễn Hoàng Lâm HVCH Đinh Hà Duy HVCH Trần Tuấn Anh Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 Danh sách cán tham gia thực đề tài (Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm môn, Khoa/Trung tâm) GV.TS Lương Văn Hải, BM Sức Bền Kết Cấu, Khoa Xây Dựng GVC.TS Nguyễn Trọng Phước, BM Sức Bền Kết Cấu, Khoa Xây Dựng GV ThS Nguyễn Hoàng Lâm, BM Sức Bền Kết Cấu, Khoa Xây Dựng HVCH Đinh Hà Duy, Học viên Cao học trường Đại học Bách khoa Tp.HCM HVCH Lê Tuấn Anh, Học viên Cao học trường Đại học Bách khoa Tp.HCM TÓM TẮT Hiện tượng nảy bánh xe xảy bánh xe ray tương tác với tàu chạy, điều làm ảnh hưởng trực tiếp đến an tồn tàu cao tốc Do tượng đề tài nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp phần tử chuyển động MEM (Moving Element Mothod) để phân tích ứng xử động tàu cao tốc có xét đến độ nảy bánh xe độ cong ray Sự tương tác bánh xe ray tính tốn thơng qua mơ hình phi tuyến Hertzian mơ hình phản ảnh cách tốt tượng tương tác bánh xe ray Đề tài xem xét ảnh hưởng thông số quan trọng vận tốc tàu, độ cứng đất nền, độ nhám ray đến xuất hiện tượng nảy bánh xe Các tác động tượng nảy bánh xe phản ứng động tàu cao tốc, cụ thể chuyển vị bánh xe, thân tàu lực tương tác bánh xe-ray biến đổi có xét khơng có xét tượng nảy bánh xe quan tâm nghiên cứu đánh giá Hiện tượng nảy bánh xe quan tâm phân tích cho trường hợp tàu chuyển động tăng tốc hay giảm tốc Trong giai đoạn này, ảnh hưởng giá trị gia tốc độ nhám ray đến xuất hiện tượng nảy bánh xe nghiên cứu đánh giá Đồng thời, tác động tượng nảy bánh xe lực tương tác bánh xe-ray khảo sát giai đoạn tăng tốc giảm tốc Các kết có giá trị thực tế cho việc nghiên cứu đảm bảo cho vận hành an toàn tàu cao tốc ABSTRACT Jumping wheel phenomenon occurs when there is a loss of contact between wheel and rail This phenomenon significantly affects the safety operation of high speed train and therefore this is an interested topic for many scientists to research In this study, moving element method (MEM) is employed to analyse the dynamic response of high speed train considering jumping wheel phenomenon and rail curvature Wheel-rail interaction is modeled by using Hertzian nonlinear contact since this contact model has accounted for the loss of contact between wheel and rail In this study, effects of important parameters, such as train velocity, foundation stiffness, rail corrugation, to the occurrence/non-occurence of jumping wheel shall be investigated Effects of jumping wheel to dynamic responses of high speed train shall also be calculated and assessed During acceleration/ decelaration, effects of acceleration value, rail corrugation to the occurrence/non-occurrence of jumping wheel shall be studied and assessed These research results can be practically applied for the study for safety operation of high speed train i MỤC LỤC MỤC LỤC i  DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii  DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi  MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT vii  CHƯƠNG 1.  TỔNG QUAN 1  1.1  Giới thiệu 1  1.2  Một số hệ thống đường sắt cao tốc tiếng giới 2  1.3  Những cố xảy sử dụng hệ thống đường sắt cao tốc 6  1.4  Tình hình nghiên cứu 11  1.4.1  Các công trình nghiên cứu ngồi nước .11  1.4.2  Các cơng trình nghiên cứu nước 13  1.5  Mục tiêu hướng nghiên cứu 14  CHƯƠNG 2.  CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15  2.1  Mơ hình tàu cao tốc 15  2.2  Mơ hình liên kết bánh xe ray 18  2.3  Mơ hình ray-nền 21  2.4  Hiện tượng nảy bánh xe 23  2.5  Phương pháp phần tử chuyển động MEM 25  2.6  Tổng lực tương tác động hệ số động 28  2.7  Phương pháp Newmark 28  2.8  Thuật toán sử dụng phương pháp Newmark Đề tài 30  2.8.1  Thông số đầu vào 30  2.8.2  Giải toán theo dạng chuyển vị xuất kết 31  2.9  Độ ổn định hội tụ phương pháp Newmark 31  2.10  Lưu đồ tính tốn 32  ii CHƯƠNG 3.  KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ 33  3.1  Trường hợp 1: Tàu chuyển động với vận tốc không đổi 35  3.1.1  Bài tốn 1: Kiểm chứng chương trình Matlab Đề tài 35  3.1.2  Bài toán 2: Khảo sát hội tụ toán .37  3.1.3  Bài toán 3: Khảo sát xuất hiện tượng nảy bánh xe mô hình tiếp xúc Hertzian phi tuyến .39  3.1.4  Bài toán 4: Khảo sát ảnh hưởng nảy bánh xe đến chuyển động phận tàu cao tốc độ cứng khơng đổi .47  3.1.5  Bài tốn 5: Phân tích ảnh hưởng nảy bánh xe đến chuyển động phận tàu cao tốc thay đổi độ cứng đất .52  3.1.6  Bài tốn 6: Phân tích ảnh hưởng nảy bánh xe đến lực tương tác động hệ số khuếch đại động DAF 56  3.2  Trường hợp 2: Tàu chuyển động với vận tốc biến đổi 60  3.2.1  Bài tốn 7: Kiểm chứng chương trình Matlab Đề tài 60  3.2.2  Bài toán 8: Khảo sát xuất hiện tượng nảy bánh xe giai đoạn vận tốc biến đổi có xét đến giá trị gia tốc .62  3.2.3  Bài toán 9: Phân tích ảnh hưởng nảy bánh xe đến lực tương tác hệ số khuếch đại động DAF vận tốc biến đổi .65  CHƯƠNG 4.  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69  4.1  Kết luận 69  4.2  Kiến nghị 70  TÀI LIỆU THAM KHẢO 72  iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1.  Sự phát triển đường sắt cao tốc giới từ năm 1964 đến 2011 .2  Hình 1.2.  Tàu cao tốc Shinkansen Nhật Bản năm 1964 3  Hình 1.3.  Tàu cao tốc TGV Pháp 3  Hình 1.4.  Tàu cao tốc HST Anh 4  Hình 1.5.  Tàu cao tốc CRH-380 Trung Quốc 5  Hình 1.6.  Tàu cao tốc hệ thiết kế Central Japan Railway 5  Hình 1.7.  Tai nạn tàu cao tốc Mỹ (2013) 7  Hình 1.8.  Tai nạn tàu cao tốc Tây Ban Nha (2013) 7  Hình 1.9.  Tai nạn tàu hoả chở hố chất Bỉ (2013) 8  Hình 1.10.  Sự cố tàu cao tốc Shinkansen Nhật Bản (2013) 8  Hình 1.11.  Tai nạn tàu cao tốc D3115 D301 Trung Quốc (2011) .9  Hình 1.12.  Tai nạn tàu cao tốc Eschede Đức (1998) 9  Hình 1.13.  Tai nạn Hà Nội (2013) 10  Hình 1.14.  Tai nạn Khánh Hòa (2013) 10  Hình 2.1.  Tàu cao tốc thực tế 15  Hình 2.2.  Mơ hình thực tế giá chuyển hướng, hệ treo treo phụ 16  Hình 2.3.  Mơ hình toa tàu cao tốc 17  Hình 2.4.  Liên kết bánh xe ray thực tế 18  Hình 2.5.  Mơ hình khối lượng treo động liên kết Hertzian 20  Hình 2.6.  Mơ hình ray-nền ERS thực tế 22  Hình 2.7.  Tàu cao tốc hệ ray ERS Anh .23  Hình 2.8.  Mơ hình ray-nền lý thuyết 23  Hình 2.9.  Sự khác lực tiếp xúc mơ hình lị xo-cản Koh et al (2003) [25] mơ hình Hertzian phi tuyến sử dụng Đề tài 24  Hình 2.10.  Hệ tọa độ phương pháp MEM 26  Hình 2.11.  Lưu đồ tính tốn .32  iv Hình 3.1.  So sánh chuyển vị ray umid Đề tài mơ hình Koh et al (2003) [25] .36  Hình 3.2.  So sánh chuyển vị bánh xe u3 Đề tài mơ hình Koh et al (2003) [25] .36  Hình 3.3.  Chuyển vị bánh xe u3 chia nhỏ bước thời gian số lượng phần tử 38  Hình 3.4.  Ảnh hưởng độ cứng đến hệ số khuếch đại động DAF biên độ độ nhám ao = 0,05 mm 40  Hình 3.5.  Ảnh hưởng độ cứng đến hệ số khuếch đại động DAF biên độ độ nhám ao = 0.5 mm 40  Hình 3.6.  Ảnh hưởng độ cứng đến hệ số khuếch đại động DAF biên độ độ nhám ao = mm 41  Hình 3.7.  Ảnh hưởng độ cứng đến hệ số khuếch đại động DAF biên độ độ nhám ao = mm 41  Hình 3.8.  Ảnh hưởng độ cứng đến hệ số khuếch đại động DAF biên độ độ nhám ao = mm 42  Hình 3.9.  Ảnh hưởng độ cứng đến hệ số khuếch đại động DAF biên độ độ nhám ao = mm 42  Hình 3.10.  Ảnh hưởng độ nhám ray hệ số khuếch đại động DAF độ cứng k = 1×107 (N/m2) .45  Hình 3.11.  Ảnh hưởng độ nhám ray đến hệ số khuếch đại động DAF độ cứng k = 4×107 (N/m2) 45  Hình 3.12.  Ảnh hưởng độ nhám ray đến hệ số khuếch đại động DAF độ cứng k = 9×107 (N/m2) 46  Hình 3.13.  Chuyển vị thân xe độ cứng k = 1×107 (N/m2) 48  Hình 3.14.  Chuyển vị giá chuyển hướng độ cứng k = 1×107 (N/m2) 49  Hình 3.15.  Chuyển vị bánh xe độ cứng k = 1×107 (N/m2) 50  Hình 3.16.  Chuyển vị thân xe xét đến tượng nảy bánh xe độ cứng .53  v Hình 3.17.  Chuyển vị giá chuyển hướng xét đến tượng nảy bánh xe độ cứng 54  Hình 3.18.  Chuyển vị bánh xe có xét đến tượng nảy bánh xe độ cứng 55  Hình 3.19.  Lực tương tác động điểm tiếp xúc 57  Hình 3.20.  Hệ số khuếch đại động DAF 58  Hình 3.21.  Mức độ gia tăng hệ số khuếch đại động DAF có xét nảy bánh xe 59  Hình 3.22.  Sơ đồ biến đổi vận tốc tàu 60  Hình 3.23.  Chuyển vị ray điểm tiếp xúc .61  Hình 3.24.  Chuyển vị bánh xe 62  Hình 3.25.  Sơ đồ biến đổi vận tốc tàu 63  Hình 3.26.  Hệ số khuếch đại động 64  Hình 3.27.  Lực tương tác động điểm tiếp xúc 66  Hình 3.28.  Hệ số khuếch đại động DAF 67  vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1  Thông số xe 30  Bảng 2.2.  Thông số ray .30  Bảng 2.3.  Thông số độ nhám ray 30  Bảng 2.4.  Thơng số tính tốn liên kết phi tuyến Hertzian 30  Bảng 3.1.  Thông số xe 34  Bảng 3.2.  Thông số ray .34  Bảng 3.3.  Thông số độ nhám ray 34  Bảng 3.4.  Thơng số tính tốn liên kết phi tuyến Hertzian 34  Bảng 3.5.  Tóm tắt thơng số Bài toán 35  Bảng 3.6.  So sánh kết chuyển vị 37  Bảng 3.7.  Tóm tắt thơng số Bài tốn 37  Bảng 3.8.  So sánh chuyển vị tăng bước thời gian lặp số lượng phần tử .39  Bảng 3.9.  Tóm tắt thơng số Bài tốn 39  Bảng 3.10.  Các trường hợp xuất nảy bánh xe 47  Bảng 3.11.  Tóm tắt thơng số Bài tốn 47  Bảng 3.12.  Mức độ gia tăng chuyển vị có xét đến tượng nảy bánh xe 52  Bảng 3.13.  Tóm tắt thơng số Bài tốn 52  Bảng 3.14.  Mức độ gia tăng chuyển vị phận tàu độ cứng thay đổi 56  Bảng 3.15.  Tóm tắt thơng số Bài tốn 56  Bảng 3.16.  Tóm tắt thơng số Bài toán 60  Bảng 3.17.  So sánh kết chuyển vị 62  Bảng 3.18 Tóm tắt thơng số Bài tốn .63  Bảng 3.19.  Thống kê thời gian vận tốc biến đổi 63  Bảng 3.20.  Sự xuất nảy bánh xe giai đoạn tăng tốc giảm tốc 65  Bảng 3.21 Tóm tắt thơng số Bài toán .65  Kết phân tích số 61 Nhận xét: So sánh kết chuyển vị chuyển vị ray điểm tiếp xúc (Hình 3.23) chuyển vị bánh xe u3 (Hình 3.24) Đề tài mơ hình Koh et al (2003) [25] ta thấy biểu đồ chuyển vị bánh xe biểu đồ chuyển vị ray điểm tiếp xúc Chuyển vị umid (mm) chuyển vị bánh xe trùng khớp với kết Koh et al (2003) [25] Mơ hình Koh et al (2003) [25] Đề tài Thời gian (s) Hình 3.23 Chuyển vị ray điểm tiếp xúc 62 Chuyển vị bánh xe u3 (mm) Kết phân tích số Mơ hình Koh et al (2003) [25] Đề tài Thời gian (s) Hình 3.24 Chuyển vị bánh xe So sánh sai số kết chuyển vị ray umid bánh xe u3 trình bày Bảng 3.17 bên Sai số kết mơ hình nhỏ 5%: chuyển vị bánh xe u3 1,85% chuyển vị ray điểm tiếp xúc umid 0,13% Do vậy, kết luận chương trình tính có độ tin cậy cao sử dụng để giải toán Đề tài Bảng 3.17 So sánh kết chuyển vị Chuyển vị lớn Koh et al (2003) [25] Đề tài % Chênh lệch Bánh xe, u3 (mm) 2,1461 2,1859 1,85% Ray điểm tiếp xúc, umid (mm) 2,1374 2,1346 0,13% 3.2.2 Bài toán 8: Khảo sát xuất hiện tượng nảy bánh xe giai đoạn vận tốc biến đổi có xét đến giá trị gia tốc Trong Bài toán này, tượng nảy bánh xe giai đoạn vận tốc biến đổi với thông số giá trị gia tốc độ nhám khác tiến hành khảo sát Kết phân tích số 63 để nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến tượng nảy bánh xe giai đoạn vận tốc biến đổi Thực khảo sát toán với thông số đầu vào sau: vận tốc ban đầu 0, tàu tăng tốc với gia tốc a Sau thời gian t1 (s), tàu đạt vận tốc cực đại vmax Sau tàu tiếp tục giữ nguyên vận tốc di chuyển với vận tốc không đổi khoảng thời gian t2 (s) Cuối tàu giảm tốc với gia tốc a để trở vận tốc v = Độ nhám ray với biên độ thay đổi ao = 0,05 mm , mm, mm bước sóng λc = m Các thơng số tàu, ray thể Bảng 3.1 Bảng 3.2 Sơ đồ biến đổi vận tốc gia tốc thể Hình 3.25 Bảng 3.19 Các thơng số đầu vào tốn tóm tắt Bảng 3.18 bên Bảng 3.18 Tóm tắt thơng số Bài tốn Gia tốc tàu Thay đổi Độ nhám ray Thông số khác ao = 0,05 mm, mm, mm Bước lặp ∆t = 0,0005 s λc = m Bảng 3.19.Thống kê thời gian vận tốc biến đổi Vận tốc tối đa (km/h) 180 180 180 180 Gia tốc (m/s2) 12,5 10 2.5 t1 (s) 10 20 Thời gian t2 (s) 2 2 t3 (s) 10 20 Khi biên độ độ nhám ray mm, chọn t2 = (s) Vận tốc (km/h) vmax t1 Tăng tốc t2 t3 Vận tốc không đổi Giảm tốc Hình 3.25 Sơ đồ biến đổi vận tốc tàu Thời gian (s) Kết phân tích số 64 Kết khảo sát thể thơng qua Hình 3.26 Đây biểu đồ biến đổi giá trị hệ số khuếch đại động DAF giá trị gia tốc độ nhám ray khác Các kết thực tương ứng với trường hợp độ nhám ray có biên độ ao = 0,05 mm, mm mm Hình 3.26 Hệ số khuếch đại động Nhận xét: Hình 3.26 cho thấy ray nhám trung bình hay nhám, tương ứng với giá trị biên độ độ nhám ao = mm mm hệ số khuếch đại động DAF lớn với giá trị gia tốc khảo sát Điều chứng tỏ ray có độ nhám trung bình hay nhám xuất hiện tượng nảy bánh xe Khi ray gần trơn, hệ số khuếch đại động nhỏ 2, điều chứng tỏ tượng nhảy bánh xe không xuất ray có độ nhám trơn với giá trị gia tốc Mặt khác, ray trơn, giá trị hệ số khuếch đại động trường hợp gia tốc khác nhau Từ đây, đưa nhận xét trình tăng tốc giảm tốc, tượng nảy bánh xe xuất không phụ thuộc vào giá trị gia tốc mà phụ thuộc Kết phân tích số 65 vào độ nhám ray Kết khảo sát cho thấy giai đoạn tăng tốc hay giảm tốc tượng nảy bánh xe xuất độ nhám ray từ nhám trung bình đến nhám Khi ray gần trơn không xuất nảy bánh xe Các trường hợp xuất nảy bánh xe liệt kê Bảng 3.20 Bảng 3.20.Sự xuất nảy bánh xe giai đoạn tăng tốc giảm tốc Giai đoạn Tăng tốc Giảm tốc Biên độ độ nhám ray ao (mm) 0,05 N Y Y N Y Y Ghi chú: Y: có xuất nảy bánh xe N: khơng xuất nảy bánh xe 3.2.3 Bài toán 9: Phân tích ảnh hưởng nảy bánh xe đến lực tương tác hệ số khuếch đại động DAF vận tốc biến đổi Tiến hành khảo sát tàu di chuyển tăng tốc giảm tốc với giá trị độ lớn gia tốc thay đổi a =2,5 m/s2, m/s2, 10 m/s2, 12,5 m/s2 Độ nhám ray thay đổi khác để phân tích ảnh hưởng giá trị gia tốc độ nhám ray có ảnh hưởng đến lực tương tác động hệ số khuếch đại động DAF có xuất nảy bánh xe Với vận tốc ban đầu 0, tàu tăng tốc với gia tốc a Sau thời gian t1 (s), tàu đạt vận tốc cực đại vmax Sau tàu tiếp tục giữ nguyên vận tốc di chuyển với vận tốc không đổi t2 (s) Cuối tàu giảm tốc với gia tốc a để trở vận tốc v = Độ nhám ray với biên độ thay đổi ao = mm, mm bước sóng λc = m Đây giá trị biên độ độ nhám để khảo sát tượng nảy bánh xe Các thông số tàu, ray thể Bảng 3.1 Bảng 3.2 Sơ đồ biến đổi vận tốc gia tốc thể Hình 3.25 Bảng 3.19 Các thơng số đầu vào tốn tóm tắt Bảng 3.21 bên Bảng 3.21 Tóm tắt thơng số Bài tốn Gia tốc tàu Thay đổi Độ nhám ray ao = mm, mm λc = m Thông số khác Bước lặp ∆t = 0,0001 s Kết phân tích số 66 Kết tính tốn lực động hệ số khuếch đại động DAF tàu chuyển động với vận tốc biến đổi có xét không xét nảy bánh xe thể Hình 3.27 Hình 3.28 600 Lực tương tác động (kN) 500 400 300 200 100 10 Gia tốc (m/s2) ao=1 mm, khơng xét nảy bánh xe (Koh et al., 2003) ao=1mm, có xét nảy bánh xe (Đề tài) ao=4 mm, khơng xét nảy bánh xe (Koh et al., 2003) ao=4mm, có xét nảy bánh xe (Đề tài) Hình 3.27 Lực tương tác động điểm tiếp xúc 12 14 Kết phân tích số 67 16 14 Hệ số động DAF 12 10 2 10 12 14 Gia tốc (m/s2) ao=1 mm, khơng xét nảy bánh xe (Koh et al., 2003) ao=1mm, có xét nảy bánh xe (Đề tài) ao=4 mm, khơng xét nảy bánh xe (Koh et al., 2003) ao=4mm, có xét nảy bánh xe (Đề tài) Hình 3.28 Hệ số khuếch đại động DAF Nhận xét: Hình 3.27 Hình 3.28 cho thấy trường hợp khơng xét tượng nảy bánh xe, giá trị lực tương tác động hệ số khuếch đại động không thay đổi ứng với giá trị gia tốc khác Trường hợp có xét đến tượng nảy bánh xe, giá trị gia tốc có ảnh hưởng tới hệ số khuếch đại động DAF, nhiên mức độ thay đổi hệ số khuếch đại động không nhiều (DAF = 6,2 a = 2,5 m/s2 DAF = 5,3 a = m/s2 trường hợp biên độ nhám ray ao = mm) Do kết luận giá trị gia tốc không ảnh hưởng đến lực tương tác động hệ số khuếch đại động DAF tàu chuyển động giai đoạn tăng tốc hay giảm tốc Hình 3.27 Hình 3.28 cho thấy lực tương tác động hệ số khuếch đại động chịu ảnh hưởng Kết phân tích số 68 biên độ độ nhám ray Khi biên độ độ nhám tăng lên lực tương tác động hệ số khuếch đại động DAF tăng lên Khi có xét tượng nảy bánh xe, Hình 3.27 Hình 3.28 cho thấy lực tương tác động hệ số khuếch đại động DAF chịu ảnh hưởng lớn từ tượng nảy bánh xe Trong trường hợp biên độ độ nhám ao=1 mm, giá trị hệ số khuếch đại động DAF không xét nảy bánh xe có xét đến nảy bánh xe So sánh trường hợp có xét khơng có xét nảy bánh xe, mức độ gia tăng lực tương tác động hệ số khuếch đại động DAF tăng 1,9 lần biên độ nhám ray ao=1 mm tăng 1.5 lần biên độ nhám ray ao=4 mm Từ kết luận tượng nảy bánh xe có tác động lớn đến hệ số khuếch đại động DAF giai đoạn tăng tốc giảm tốc bỏ qua thiết kế tàu cao tốc Kết luận kiến nghị 69 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đề tài sử dụng phương pháp phần tử chuyển động MEM để tiến hành phân tích trường hợp có khả gây tượng nảy bánh xe Đồng thời Đề tài phân tích ảnh hưởng tượng nảy bánh xe đến phản ứng động học tàu cao tốc Ảnh hưởng thông số quan trọng vận tốc tàu, độ cứng đất nền, độ nhám ray trình tàu chuyển động với vận tốc không đổi hay biến đổi khảo sát chi tiết Đề tài sử dụng mơ hình tiếp xúc phi tuyến Hertzian để đánh giá xác ảnh hưởng tượng nảy bánh xe đến phản ứng động tàu cao tốc Các kết trình bày có kiểm chứng so sánh với tài liệu tham khảo khác Qua kết phân tích số đạt trình bày Chương 3, tác giả rút số kết luận quan trọng kiến nghị hướng phát triển đề tài tương lai 4.1 Kết luận Đối với tàu cao tốc, tượng nảy bánh xe có xuất hay không phụ thuộc nhiều vào độ nhám ray độ cứng đất Khi điều kiện ray tốt với độ nhám gần trơn hay tàu chạy vận tốc nhỏ tượng nảy bánh xe không xảy Trong điều kiện độ nhám ray trung bình, tượng nảy bánh xe xảy đất có độ cứng trung bình trở lên Nếu đất mềm tượng nảy bánh xe không xảy Khi ray nhám tượng nảy bánh xe xuất giá trị độ cứng đất Hiện tượng nảy bánh xe có ảnh hưởng lớn đến phản ứng động học tàu cao tốc Khi tượng nảy bánh xe xảy ra, giá trị chuyển vị bánh xe, chuyển vị thân xe tăng cao, ảnh hưởng đến ổn định an toàn tàu Ngoài Kết luận kiến nghị 70 ra, lực tương tác bánh xe thân ray tăng cao khơng có xuất nảy bánh xe Lực tương tác lớn làm tăng nhanh tốc độ hư hỏng hệ thống đường ray tàu cao tốc Do đó, người kỹ sư thiết kế cần phải quan tâm không bỏ qua ảnh hưởng tượng thiết kế Độ cứng đất ảnh hưởng nhiều đến chuyển vị bánh xe thân tàu xảy tượng nảy bánh xe Nếu độ cứng đất lớn mức độ gia tăng chuyển vị bánh xe, chuyển vị thân tàu có khơng có tượng nảy bánh xe lớn Trong trình tăng tốc hay giảm tốc, xuất hiện tượng nảy bánh xe không phụ thuộc vào giá trị gia tốc mà phụ thuộc vào độ nhám ray Khi ray trơn khơng xuất nảy bánh xe Khi ray có độ nhám trung bình trở lên tượng nảy bánh xe dễ xuất Trong trình tăng tốc hay giảm tốc, trị số gia tốc ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại động DAF Hệ số khuếch đại động phụ thuộc nhiều vào độ nhám ray, độ nhám ray cao hệ số khuếch đại động cao ngược lại Trong trình tăng tốc hay giảm tốc, có tượng nảy bánh xe hệ số khuếch đại động tăng lên So với mơ hình tương tác lị xo-cản Koh et al (2003) [25] đề xuất, mô hình tương tác Hertzian phi tuyến có nhiều ưu điểm phù hợp cho việc mô liên kết bánh xe-thanh ray tàu cao tốc, đặc biệt trường hợp có xảy tượng nảy bánh xe 4.2 Kiến nghị Mặc dù Đề tài đạt số kết định trình bày số vấn đề chưa khám phá cần nghiên cứu thêm tương lai Những vấn đề bao gồm: ¾Đề tài khảo sát hệ tọa độ 2D, mở rộng nghiên cứu mơ hình 3D làm kết khảo sát phong phú Kết luận kiến nghị 71 ¾Trong Đề tài sử dụng mơ hình tàu có bánh, áp dụng mơ hình tàu bốn bánh thực tế nhằm mơ xác ứng xử tàu ¾Ngồi ra, đất có nhiều lớp khác hay có độ cứng thay đổi vấn đề hay mang tính thực tế cao khảo sát ứng xử động tàu Tp HCM, ngày tháng năm 2014 Chủ nhiệm đề tài TS Lương Văn Hải Tp HCM, ngày tháng năm 2014 Thủ trưởng quan chủ trì đề tài TL Hiệu trưởng Tài liệu tham khảo 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] AECOM, High Speed Train Study Phase Report, Australian Department of Infrastructure and Regional Development Publication (2013) [2] http://www.bloomberg.com/news/2013-08-28/world-s-fastest-train-toresume-trials-as-japan-plans-new-line.html [3] http://www.dailystar.com.lb/News/International/2013/Mar-02/208564-highspeed-bullet-train-derails-in-japan-media.ashx#axzz2OhRIV1lU [4] Mathews PM Vibrations of a beam on elastic foundation Zeitschrift fur Angewandte Mathematik ubd Mechanik 1958; 38:105-115 [5] Mathews PM Vibrations of a beam on elastic foundation Zeitschrift fur Angewandte Mathematik ubd Mechanik 1959; 39:13-19 [6] Jezequel L Response of periodic systems to a moving load Journal of Applied Mechanics (ASME) 1981; 48:613-618 [7] Trochanis AM, Chelliah R, Bielak J Unifiled approach for beams on elastic foundation for moving load Journal of Geotechnical Engineering 1987; 112:879-895 [8] Ono K, Yamada M Analysis of railway track vibration Journal of Sound and Vibration 1989; 130:269-297 [9] Timoshenko S, Young DH, Weaver Jr W Vibration Problems in Engineering (4th edn) John Wiley: New York, 1974 [10] Warburton GB The Dynamic Behavior of Structures Pergamon Press: Oxford, 1976 [11] Cai CW, Cheung YK, Chan HC Dynamic response of infinite continuons beams subjected to a moving force- an exact method Journal of Sound and Vibration 1988; 123(3):461-472 [12] Chen YH, Huang YH Dynamic stiffness of infinite Timoshenko beam on viscoelastic foundation in moving co-ordinate International Journal for Numerical Methods in Engineering 2000; 48:1-18 Tài liệu tham khảo 73 [13] Venancio Filho F Finite element analysis of structures under moving loads Shock and Vibration Digest 1978; 10:27-35 [14] Hino J, Yoshimura T, Konishi K, Ananthanarayana N A finite element method prediction of the vibration of a bridge subjected to a moving vehicle load Journal of Sound and Vibration 1984; 96(1):45-53 [15] Hino J, Yoshimura T, Ananthanarayana N Vibration analysis of non-linear beams subjected to moving load using the finite element method Journal of Sound and Vibration 1985; 100(4):477-491 [16] Olsson M Finite elemen, modal co-ordinate analysis of structures subjected to moving loads Journal of Sound and Vibration 1985; 99(1):112 [17] Katz R, Lee CW, Ulsoy AG, Scott RA Dynamic stability and response of a beam subject to a deflection dependent moving load Journal of Vibration, Acoustics, Stress and Reliability in Design (ASME) 1987; 109:361-365 [18] Lin Y-H, Trethewey MW Finite element analysis of elastic beams subjected to moving dynamic loads Journal of Sound and Vibration 1990; 136(2):323-342 [19] Frýba L, Nakagiri S, Yoshikawa N Stochastic finite element for a beam on a random foundation with uncertain damping under a moving force Journal of Sound and Vibration 1993; 163:31-45 [20] Thambiratnam DP, Zhuge Y Finite element anaysis of track structures Journal of Microcomuters in Civil Engineering 1993; 8:467-476 [21] Thambiratnam D, Zhuge Y Dynamic anaysis of beams on an elastic foundation subjected to moving loads Journal of Sound and Vibration 1996; 198(2):149-169 [22] Nielsen JCO, Igeland A Vertical dynamic interaction between train and track-influence of wheel and track imperfections Journal of Sound and Vibration 1995; 187(5):825-839 [23] S Krenk, L Kellezi, S R K Nielsen and P H Kirkegaard, Finite elements Tài liệu tham khảo 74 and transmitting boundary conditions for moving loads, Proceedings of the 4th European Conference on Structural Dynamics, Eurodyn ’99, Praha, June 7-1, Vol (1999) 447-452 [24] L Andersen, S R K Nielsen and P H Kirkegaard, Finite element modelling of infinite Euler beams on Kelvin foundations exposed to moving loads in convected co-ordinates, Journal of Sound and Vibration 241 (4) (2001) 587-604 [25] C.G Koh, J.S.Y Ong, D.K.H Chua, J Feng, Moving Element for TrainTrack Dynamics, International Journal for Numerical Methods in Engineering 2003, 1549-1567 [26] Ang Kok Keng, Tran Minh Thi, Luong Van Hai, Track vibrations during accelerating and decelerating phases of high-speed rails, The Thirteenth East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction EASEC-13, 11-13/09/2013, Sapporo, Japan 2013 [27] Lục Duy Thanh Tùng, Phân tích động lực học tốn đường ray xe lửa chịu tải trọng chuyển động, Đề tài thạc sỹ, ĐH Bách Khoa Tp.HCM 2001 [28] Thi M Tran, Kok K.Ang, Hai V.Luong, The effect of track irregularity and wheel load to dynamic response of high-speed rail system, Tạp chí Khoa học – Trường ĐH Mở TpHCM 2013 [29] Ang Kok Keng, Dai Jian, Tran Minh Thi, Luong Van Hai, Analysis of highspeed rail accounting for jumping wheel phenomenon, International Journal of Computational Methods, Vol 11, No (2014) 1343007 [30] Đinh Hà Duy, Phân tích ứng xử động tàu cao tốc có xét đến độ cong ray tương tác với đất Đề tài Thạc Sĩ, TP HCM, 2013 [31] Đỗ Kiến Quốc, Lương Văn Hải, Động lực học kết cấu, NXB ĐHQG Tp.HCM 2010 [32] Esveld C Modern Railway Track MRT Productions: Duisburg, Germany 1989 [33] C Esveld Modern Railway Track (2nd Edition) MRT Productions: Tài liệu tham khảo 75 Duisburg 2001 [34] Đỗ Kiến Quốc, Nguyễn Trọng Phước, Các phương pháp số động lực học kết cấu, NXB ĐHQG Tp.HCM 2010 [35] Bathe KJ Finite Element Procedures Prentice-Hall: Englewood Cliffs, N.J 1996 [36] Grassie SL, Kalousek J Rail corrugation: characteristics, causes and treatments Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers 1993; 207:57-68 ... phản ảnh cách t? ? ?t t? ?ợng t? ?ơng t? ?c bánh xe ray Đề t? ?i xem x? ?t ảnh hưởng thông số quan trọng vận t? ??c t? ?u, độ cứng đ? ?t nền, độ nhám ray đến xu? ?t hiện t? ?ợng nảy bánh xe Các t? ?c động t? ?ợng nảy bánh xe. .. ứng động t? ?u cao t? ??c, cụ thể chuyển vị bánh xe, thân t? ?u lực t? ?ơng t? ?c bánh xe- ray biến đổi có x? ?t khơng có x? ?t t? ?ợng nảy bánh xe quan t? ?m nghiên cứu đánh giá Hiện t? ?ợng nảy bánh xe quan t? ?m phân. .. Hertzian phi tuyến có x? ?t đến t? ?ợng nảy bánh xe, xu? ?t hiện t? ?ợng nảy bánh xe lực t? ?ơng t? ?c bánh xe bánh xe ray Lực t? ?ơng t? ?c Lực t? ?ơng t? ?c (kN) bánh xe ray thể đường màu đỏ Hình 2.9 Thời gian t