Page 256 - 《振动工程学报》2026年第3期

856 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

以看出，随着横向不均匀系数的增大，右侧轮轨合蠕 空”，导致横向支撑刚度基本一致，因此两侧钢轨未
滑力、磨耗功率均呈增大趋势，而左侧轮轨先减小后 呈现出明显的垂向振动特性差异。
增大，因此可认为路基横向不均匀沉降下，沉降量较 图 13（b）为不同测点的钢轨横向加速度 PSD。
大一侧易产生轮轨病害。 由图 13（b）可以看出，钢轨横向振动特性差异区段
为进一步探究路基横向不均匀沉降区段轮轨动 分布在中、低频范围，其中右轨中低频范围的横向振
力学特性分布，研究车辆通过沉降区段时钢轨的动 动特性大于左轨；对照中低频段钢轨的振动模态，发
态响应，以横向不均匀系数为 0.8 为例，选取沉降起 现主要为钢轨横向弯曲变形，这进一步说明右侧轮
始区段、沉降中心区段和沉降结束区段作为测点，以 轨（低侧）易产生轮轨病害。
平顺区段作为对照，分析不同测点的钢轨振动加速 综上可知，车辆荷载下，路基横向不均匀沉降区
度 PSD，如图 13 所示。 段两侧钢轨动态特性会出现差异，其中右轨（低轨）
图 13（a）为轮对通过钢轨时不同测点的钢轨垂 的振动特性大于左轨（高轨）。通过对不同测点的钢
向加速度 PSD。由图 13（a）可以看出，沉降起始、结 轨动态性能进行研究可知，路基横向不均匀沉降下，
束区段在中、高频段均出现了特征峰，且两轨垂向振 低轨沉降起始、结束位置易产生轮轨病害；轨道结
动响应差异明显，这是因为轨道结构⁃路基之间的层 构⁃路基横向支撑刚度不均（轨道结构⁃路基局部脱
间局部脱空导致沉降起始、结束区段出现了纵向、横 空）是导致两侧钢轨垂向振动特性出现差异的主要

向 刚 度 突 变 ；由 上 文 可 知 ，横 向 不 均 匀 系 数 为 0.8 原因，钢轨高低、横向不平顺则是引起两侧钢轨横向
时，沉降中心区段轨道结构⁃路基结构“接近完全脱 振动特性差异化的缘由。

图 13 车辆荷载下不同测点的钢轨振动加速度 PSD
Fig. 13 Vibration acceleration PSD of rails at different measurement points under vehicle load

系统动力响应进行了分析，结论如下：
4 结 论 （1）路基横向不均匀沉降会引发钢轨高低、横向
不平顺及轨道结构层间脱空效应，影响车辆系统动
本文运用 FE⁃MBD 方法，探究了路基横向不均 力学性能。
匀沉降下的车辆系统动力学性能响应，建立了考虑 （2）在进行路基横向不均匀沉降区段车辆系统
层间脱空的车辆⁃轨道⁃路基耦合模型，并对路基横 动力学性能分析时，b 型模型（考虑层间脱空）轨道
向不均匀沉降区段的高速铁路车辆⁃轨道⁃路基耦合 板垂向位移量约为 a 型模型（不考虑轨道层间脱空）