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如果整个高铁的人一起抖脚,高铁会跟着抖脚的节奏吗?

2021-02-18知识

先说结论:基本上不可能

很多人,包括我,最直观的理解是,如果抖脚频率与高铁自振频率一致,引起共振,是很危险的

相信很多同学学物理的时候听老师讲过这个著名的例子

18世纪中叶法国昂热市一座102米长的大桥上有一队士兵经过。当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时,桥梁突然断裂,造成226名官兵和行人丧生。
类似的事件还发生在1906年,一队俄国士兵迈着整齐的步子,踏上了圣彼得堡附近的丰坦卡大桥。
突然,大桥坍塌了,桥上的士兵全都坠落下去,非死即伤,损失惨重。原来,士兵列队齐步走的频率与大桥的固有频率相同,引起大桥发生共振,剧烈的振荡导致大桥解体。
究其原因是共振造成的。
因为大队士兵迈正步走的频率正好与大桥的固有频率一致,使桥的振动加强,当它的振幅达到最大以至超过桥梁的抗压力时,桥就断了。类似的事件还发生在俄国和美国等地。鉴于成队士兵正步走过桥时容易造成桥的共振,所以后来各国都规定大队人马过桥,要便步通过。
从此,便步走通过桥梁,就成为各国军队共有的一条军规。

关于共振的基本概念,百度上有很多,就不多赘述了,但最主要的一个概念,就是自振频率

自振频率是指弹性体或弹性系统自身固有的振动频率。又称「固有频率」。是弹性体或弹性系统的固有属性,其数值与初始条件和所受外力的大小无关。对于多质点体系,忽略阻尼影响吋,自振频率与自身质量及其分布(刚度)、边界支承条件以及振动形式(称为「振型」)有关。

而在过去很长一段时间内,由于我国铁路运行速度较慢,所以对于铁路客车的研究大多只停留在其静力特性上。但现在随着铁路速度的提高,高铁运行过程中的动力特性逐渐被重视

高铁自振频率的研究就是其中之一

高铁的车辆系统由车体,构架,轮对,拉杆组成,考虑车体,构架和轮对的纵向,垂向,横移,摇头,沉浮,点头,侧滚运动,在经过简化后,整个高铁车辆模型仍然具有42个自由度,是一个非常复杂的模型

与此同时,铁轨实际上也不是理想的平顺轨道,建模时同样要将铁轨的不平顺情况考虑进去

关于具体的建模与分析,已经有许多文献可以查阅,就不多说了(反正也不是我的专业领域,说不清楚)

只说结果

高铁车速60码时,转向架蛇形运动与车体下心滚摆运动产生共振,80到170码时,转向架蛇形运动分别与车体的摇头,沉浮及点头运动产生共振,200码时,高铁车体各部分自振频率如下图所示

可以看出,各个零部件自振频率都相差较大,没有哪一个频率可以让高铁整个车身产生共振

更何况,怎样减小车体的共振,提高高铁的舒适度,一直是高铁领域的研究课题,车身各个部件之间也都有阻尼部件以减小车体振动

所以说,如果要靠大家一起抖腿让高铁跟着抖,基本上不太可能

不过如果刚巧抖腿频率和座椅的自振频率一致,那还是能让身边的人跟着晃一晃的

但还是应该建议,高铁上除了不准吸烟以外,同样不能抖脚,以免与前后座及邻座乘客产生矛盾

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