短时脉冲激励下隧道振动响应与模态参数识别

为了研究短时脉冲激振力下隧道结构振动响应及有效地提取隧道结构的模态特征。首先分析了锤击作用下的不同短时脉冲激振力精度及其频域特性,其次将短时脉冲激振力应用于上海地铁12号某盾构隧道进行了现场动力测试,最后分析了脉冲激振与隧道结构响应之间的传递函数,并结合随机减量、正交多项式法及自回归滑动平均模型法有效地提取隧道结构的模态参数。结果表明:短时脉冲激振力的中低频振动信号在隧道结构中传递特性较好,传递距离较远。隧道结构的模态频率呈现明显低频特征,前10阶模态频率在100 Hz以下。因此,短时脉冲激振力能够很好地应用于隧道动力测试及模态识别,可为基于模态特征的隧道结构损伤识别及健康监测多个研究领域提供有效的支撑和参考依据。     

城市软土地层盾构中穿越既有隧道影响及施工设备选取

随着我国城市地下铁路建设速度日益增快,地下交通线路相互交叉、错综复杂,盾构开挖工作也迎来新的挑战.依托于天津市某地铁建设工程项目,基于室内模型试验,深入研究了不同交叉角度下地铁隧道盾构掘进对既有隧道的影响.研究发现:软土地层盾构开挖会导致土层出现明显的松动,土层附加土压力逐渐减小;随着交叉角度的逐渐增大,盾构掘进对土层...     

地铁列车进出站振源特征测试及数值模拟分析

为分析地铁列车进出车站振动源强规律特征及数值模拟方法,以某地铁车站为研究对象,对列车进出站引起的钢轨和车站壁面振动加速度进行了原位测试,结果表明：列车进站时,振动源强由进站端向出站端逐渐减小,车站两端壁面振动加速度级相差可达20 dB;列车出站时,出站端振动响应大于进站端,列车进出站变速运行对钢轨和车站壁面振动加速度频谱特征影响不明显,车站壁面加速度频率主要集中在30~60 Hz。基于实测数据,给出了车站内列车进出站钢轨振动变化公式,建立了考虑列车进出站运行状态和振源强度变化修正的列车轮轨力荷载模型及施加方法。计算与实测结果对比表明：该计算方法具有较好的计算精度,车站壁面加速度级计算误差小于6%。     

地铁钢轨短波长波磨形成原因分析

国内某地铁线路运营后曲线轨道出现了短波长钢轨波磨现象，通过力锤敲击法对不同扣件轨道动态特性进行了测试。利用ABAQUS建立了轮轨三维实体有限元模型，分析了轮轨耦合模态特性以及白噪声激励时轨道频响特性。结合试验和仿真结果，分析了轮轨结构动态特性与短波长钢轨波磨之间的相关性。研究结果表明：普通扣件和减振扣件轨道钢轨波磨主波长分别为30~63 mm和40~50 mm；白噪声激励下，两种轨道分别在450~920 Hz和570~720 Hz范围内的敏感共振频率与列车通过钢轨波磨频率(454~954 Hz和572~715 Hz)相吻合；线路轨道短波长波磨的产生主要与轨道结构高频固有特性相关，轨道短波长波磨通过频率与轮轨耦合模态频率相近，其模态振型表现为轮对弯曲扭转的同时，伴随钢轨相对轨道板的垂向弯曲振动，轮轨耦合高频模态特征加剧短波长波磨的发展。     

泥炭质土层地质条件下的地铁盾构隧道施工技术

泥炭质土层稳定性不足,沼气含量高,于该处组织地铁盾构隧道施工时潜在诸多安全隐患,因此对施工技术提出较高的要求。鉴于此,以工程实例为依托,根据泥炭质土层的地质特性,重点对其地铁盾构隧道施工技术展开分析,旨在给类似工程提供技术参考。     

地铁列车振动源强离散机理测试分析

为了分析地铁列车振动源强离散特征以及不同频段的控制因素,对某地铁线路的同一区间内2个断面进行现场原位测试。从时域、频域多角度出发,统计分析全天测试样本。结果表明:测试断面振动源强离散超过15dB,且呈现与列车编组相关的周期性;早、晚高峰时段振动源强并没有显著增大;同一列车多次通过固定测试断面引起的振动响应差异主要受6.3Hz以下频段的离散性影响,该频段主要源于列车的准静态激励,与列车的载重直接相关;不同列车间8～250Hz频段内的振动响应由车轮不圆顺状态的差异性控制,该频段内分频振动加速度级差异最大接近20dB,直接导致全天内实测振动源强样本的显著离散。     

高速动车组振动传递及频率分布规律

运行速度提高后,列车对轮轨激扰的敏感性增强,轮轨激扰频率范围进一步增大,深入研究高速动车组振动及传递规律对全面认识车辆系统振动特性具有重要意义。在车辆上布置加速度和空气压力传感器,获得了武广客运专线高速动车组车辆轴箱、构架以及车体振动加速度和隧道通过车体表面气压变化,给出振动加速度功率谱密度计算方法;对照列车运行速度图,分析典型工况如高速直线、低速直线、道岔通过以及气动压力等工况下,列车系统关键部件振动加速度峰值、幅值、主振频率以及振动频率变化、能量衰减和传递规律;在引入加速度谱的基础上,给出了测试里程内系统振动频次和振动幅值之间对应关系。研究结果表明,与列车运行速度和车轮半径对应的轮轴转动频率在轮对、构架和车体振动中均有明显体现;列车运行速度越高系统振动加速度峰值越大,道岔通过可激起车辆系统振动幅值更大的振动,隧道通过气压变化对车体振动有明显影响;高速列车轮轴系统主振频率一般为400～600 Hz,构架为0～50 Hz、车体主要为0～2 Hz;从轮轴、构架到车体这一振动传递过程中,车辆系统加速度谱密度和幅值一般呈两个和一个数量级衰减趋势。     

高速车轮非圆化磨耗对轴箱端盖异常振动影响初探

国内现有某高速列车在运营一段时间后,轴箱端盖的连接螺栓经常发生松动现象。为寻找轴箱端盖螺栓松动的原因,分别对车轮表面磨耗状态及列车关键部件振动特性进行测试,系统地分析轴箱显著频率振动与车轮非圆化磨耗之间的相关性;根据车轮多边形及关键部件的振动特征,对轴箱端盖和一系减振器进行模态测试,对轮对和构架进行有限元模态分析,并通过观察轴箱振动显著频段内轴箱端盖变形,初步分析了轴箱端盖螺栓易松动的原因。结论如下：轴箱振动能量主要集中在314～372 Hz和514～600 Hz的频率范围内,该频率段分别对应车轮的11～13阶多边形磨耗和18～21阶多边形磨耗产生的激励频率范围。轴箱在314～372 Hz的振动显著频率与减振器在221～436 Hz的固有模态群相互耦合,轮对和构架在514～600 Hz的固有模态群相互耦合,这两种模态耦合关系是导致轴箱端盖异常振动,后期发展为螺栓松动的主要原因。     

盾构隧道近距离穿越既有地铁车站的稳定性分析

针对盾构隧道近距离穿越既有地铁车站的稳定性,以深圳某盾构地铁施工为工程背景,采用三维有限元软件模拟了隧道施工全过程,主要研究了泥水压力和地层损失率的影响。将隧道施工期变形监测结果与数值模拟结果进行对比,验证了模型的准确性和可靠性。增大泥水压力可以有效控制隧道的位移,随着泥水压力进一步增大,这种影响逐渐减小。地层损失率对隧道结构和车站结构变形有显著的影响,隧道内的最大位移随地层损失率呈线性增大。     

盾构施工对不同上跨高度桩板结构的扰动影响

针对盾构隧道施工对上跨桩板结构的扰动问题,利用数值分析方法建立三维盾构动态开挖模型,结合开挖扰动特性研究桩板结构位于不同扰动分区时,盾构开挖过程对桩身变形的影响,并提出了相关施工建议。结果表明:水平方向上开挖面距桩身越近扰动程度越显著,刀盘驶过目标桩一倍洞径时,桩身变形最大,而后随土体出现变形反弹,在驶过目标桩三倍洞径后变形稳定。盾构开挖空间从桩身中部变为下部时,引起桩身变形最大位置从隧道轴线变为桩端,且开挖空间越靠下,桩身变形越大;当开挖空间超出桩端位置,扰动引起的桩身变形方向将出现反向变化。从桩身扰动变形角度出发,盾构隧道下穿桩板结构施工时,在考虑施工便利的基础上,可将开挖空间设置在结构框架内部中间位置。     

城市密集区桩群近接既有盾构隧道施工变形控制技术

为保证桩群近接施工期间既有地铁盾构隧道的安全、减少桩群施工期间的隧道变形,对福马路提升改造工程施工工艺和施工方案进行优化,提出既有盾构隧道在城市密集区桩群近接施工的变形控制技术。选择回旋钻方案进行桩基施工,对地层扰动小,有利于将既有隧道的变形控制在要求范围之内。近接隧道部分桩基采用长钢套筒施工,可把桩基施工时的地层扰动限制在较小范围内,限制桩基施工时地层平衡破坏的范围,减小隧道变形。严格按照既定的施工方案进行施工,同时做好施工过程中的监测及反馈工作,以及时调整施工工艺,保证施工进度和安全。     

高速动车组垂向止挡异常振动特性及成因分析

针对高速动车组在运营过程中出现的垂向止挡异常振动,且个别存在明显断裂裂纹的典型振动问题,基于现场车轮粗糙度与振动响应同步测试,分析了镟修前后的车轮非圆特征及其对轴箱及垂向止挡振动特性的影响;采用试验与计算相结合的垂向止挡模态分析,确定了垂向止挡的模态特性,据此分析了高速动车组垂向止挡异常振动的成因。结果表明,测试的高速列车动车组车轮存在较为明显的25～27阶多边形,在192 km/h运营速度下,会对轴箱和垂向止挡形成显著的515Hz频率振动激励。而垂向止挡一阶弯曲模态频率也为510 Hz,且其模态应变最显著区域与断裂裂纹位置一致。由此可判断垂向止挡异常振动是车轮多边形激励引起垂向止挡结构共振所致。车轮镟修可有效减缓或抑制其异常振动,相关研究可为高速动车组减振降噪提供参考。     

大直径盾构隧道管片在复合地层中的受力特点分析研究

随着盾构直径以及隧道埋深的增大,复合地层下大直径盾构隧道衬砌管片结构的受力情况也越来越复杂。以贵阳地铁S1号一期工程（皂角坝站-望城坡站）大直径盾构隧道为研究对象,采用修正惯用法对复合地层条件下隧道衬砌管片的结构受力进行计算分析,深入研究复合地层条件下大直径盾构隧道管片衬砌的受力机理。通过计算分析及对比研究可知,大直径盾构隧道管片在复合地层中受力特点主要为拱顶侧受压,拱腰侧受拉,且最大变形及弯矩均发生在拱顶处。结构内力及变形随埋深增大而增大,但埋深相同时,良好的围岩条件能提供较强的地基反力减小结构所受内力。     

地铁和城铁引起地表振动的测试分析

通过对北京地铁二号线、十三号线沿线特定地段列车通过时引起地面振动的测试分析发现,在列车通过时引起的地表振动中高于10Hz以上的振动信号很容易被土层衰减,而在1~10Hz的振动信号难以衰减,其振动强度是无列车通过时的30~100倍。而且测试发现1~10Hz范围的振动信号在100m范围内传播几乎没有衰减。对于采用"钢弹簧浮置板道床"轨道减震装置路段,地表观测显示在1~10Hz频段上振动信号有一定减弱,但仍超出无列车通过时振动信号的10倍以上。因此,地铁低频振动引起的环境背景地面运动水平的显著提高无疑会对地铁沿线大型精密仪器设备的正常使用带来不利影响。     

直立式混凝土落地声屏障振动放大效应

以普速铁路路侧落地安装直立式混凝土声屏障为研究对象,利用原位试验方法研究了列车运行下屏障板水平及竖向加速度时程和频谱特征,结合悬臂板理论模态分析了屏障板相对其基础的振动放大效应及机理。结果表明,钢轨-轨枕-道床-声屏障基础振动递减,屏障板较其基础加速度平均放大2倍,振级平均增大6 dB,道床和基础竖向振动卓越频率为63.5 Hz,水平向放大显著频段为6～8 Hz和40～50 Hz,竖向放大显著频率为63.5 Hz和160 Hz。理论模态分析显示,屏障板水平向前2阶自振频率为7 Hz和46 Hz,竖向1阶自振频率为170 Hz,说明水平放大效应与其前2阶自振频率相关,竖向放大效应与其1阶自振频率和基础激励频率相关。将屏障板振动响应估算简化为地基土-声屏障动力相互作用耦合振动模型,以考虑其受地基激励强迫振动和自由振动双重影响是合理可行的。     

参数化方法在微机械谐振器设计中的应用

从理论上分析了微机械音叉谐振器的机械力学特性,给出了活动梳齿的工作模态频率解析解,提供谐振器结构设计的依据.利用基于MAST语言实现的MEMS宏模块建立微谐振器系统级通用参数化仿真模型,为验证外围电路提供了基础.事例仿真结果与理论模态分析相一致,验证了模型的有效性.通过减少梁固接端弹性系数、合理安排激励电极能抑制一阶模态扰动.工作模态谐振频率对结构参数的敏感性分析为优化谐振器性能提供基础,使工作模态远离其它高阶模态.敏感性仿真表明在横向振动微谐振器中,工作模态谐振频率随梁长的增加而减小;随梁宽的增加而增大;结构层厚度对横向振动频率没有影响;梳齿部分所有参数的变化造成频率的相反变化.     

基于液固耦合振动模态的燃滤振动特性分析

忽略燃油低速流动,用流固耦合算法对燃滤和油液一起进行液固耦合建模,液固耦合振动模态计算与试验结果一致。研究发现油液使燃滤总成一阶频率下降50Hz,各阶振型频率明显下降。燃油压力越大振动频率越低,温度升高一阶振动频率增大。优化燃滤结构可增大振动频率,其影响比油液温度和压力变化影响大。优化结构后,提高一阶频率模态频率提高到62Hz,在比利时路谱激励下振动峰值降低5.5m/s~2,使燃虑无泄漏及者破损。     

电磁平衡头转子系统振动建模及模态试验研究

针对电磁主动平衡系统中转子系统的振动问题,对平衡头转子系统进行了振动建模,并对其模态特性进行了研究。首先,根据平衡头结构特征和零部件之间的装配关系,将平衡头简化为28个梁单元、10个集中质量单元和4个弹性支撑单元;然后,依据简化的模型参数,在SAMCEF中建立了转子的有限元分析模型,计算了转子系统的前三阶自由和约束模态频率;最后,通过试验方法,验证了转子系统有限元分析结果及振动模型简化方法的正确性。研究结果表明:转子系统前三阶自由模态频率为2 398 Hz、4 365 Hz和5 161 Hz,前三阶约束模态频率为655 Hz、999 Hz和2 398 Hz;试验测得一阶自由模态和约束模态分别为2 380 Hz和665 Hz,和有限元分析结果的误差限仅为1.17%和2.3%;试验结果验证了平衡头结构简化方法和支撑简化、计算的正确性和有限元计算方法的有效性,为平衡头的开发设计和振动研究提供了重要参考。     

高速列车车内客室端部噪声分布特性与声学模态分析

基于现场测试,对高速列车车内客室端部噪声分布特性进行分析研究。结合车内、车下振动分析和车内空腔声学模态计算,明确车内客室端部噪声分布的形成机理,在此基础上提出高速列车车内客室端部噪声问题的改善建议。研究结果表明,高速列车车内客室端部靠窗位置和过道位置的横向距离为1.2~1.7 m,但靠窗位置的噪声却比过道位置大8 dB(A)左右。车内的噪声和车内、车下的振动加速度在111 Hz附近均存在显著的峰值,这个频率正是列车在250 km/h运行速度下的过枕跨参数激振频率。车内空腔声学模态在111 Hz附近基本上表现为横向两侧大、中间小的状态。车体系统的结构振动和车内声学空腔存在相互耦合的关系,最终导致车内客室端部出现这种特殊的噪声分布。相关研究结果可为研究消除或降低高速列车车内异常噪声的措施提供参考。     

列车车体结构一阶垂向振动参数研究

基于欧拉-伯努利梁理论,建立了等效车体结构垂向参数的计算参数化模型。为了更精确地计算出车体结构的一阶垂向振动弯曲频率,根据车体截面的不同,将其分成若干段,获取分段的截面信息;基于分段的不平均程度推导出了具有收敛系数的车体一阶垂向弯曲频率修正公式,大大提高了车体的一阶垂向振动弯曲频率解析计算精度。分别以某型地铁车和高速列车车体结构的一阶垂向振动弯曲频率计算为例,对公式的关键参数进行了分析与应用,计算结果表明:公式解析解与有限元解之间的误差分布为2.05%和4.59%,且高速车与其模态实验结果相差1.18 Hz,证明了车体一阶垂向振动弯曲频率修正公式的有效性。