倾斜界面耦合弹性层中的渡越辐射能

物理学中,摄动源在非均匀介质中或非均匀介质附近匀速直线运动所产生的能量辐射现象称为渡越辐射.列车沿轨道运行,由轮轨接触产生的弹性波在非均匀轨道和基础中传播将发生渡越辐射,而轨道和基础的非均匀性集中体现在不同轨道基础之间的过渡段(如路桥过渡段、桥隧过渡段或有砟-无砟轨道过渡段).为研究车致弹性波在过渡段中引发的渡越辐射现象,本文以典型高速铁路路桥过渡段结构形式为依据,建立了二维平面应力渡越辐射能计算模型.其中,两个材料参数不同的半无限弹性层由一倾斜界面耦合,底端固定,上表面自由,一个集中载荷在自由表面上匀速运动.界面两侧弹性体中的波动方程均分解为本征场、自由场两个部分分别求解,其中自由场波动方程采用分离变量法数值求解.通过模型求解得到了不同载荷移动速度和界面倾斜角度条件下的渡越辐射能及界面附近应变能密度.结果表明,渡越辐射能的大小随载荷移动速度增大单调非线性增大,移动载荷速度达到刚度较大一侧介质表面波速的74%时产生的渡越辐射能就将超过载荷本身激发的本征场应变能;界面倾斜角度越大,即两侧介质刚度过渡距离越短,渡越辐射能与本征场应变能比值越大.