不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动影响机理研究EI北大核心CSCD

为研究不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向振动特性的影响,建立中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动模型。以25 m、30 m、35 m三种典型跨径的混凝土简支梁为研究对象,对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向振动特性进行分析。结果表明:建立的耦合振动数值模型可靠;随着简支梁跨径增加,桥梁竖向动挠度增加,而竖向加速度减小;车体和悬浮架的竖向动位移和加速度均随着简支梁跨径的增加而减小,悬浮架竖向加速度的优势频段集中在0~30 Hz和50~80 Hz,车体整体表现为低频振动(0~15 Hz);悬浮间隙和悬浮力的波动范围随着简支梁跨径增加而减小;不同跨径会改变桥梁竖向加速度的频谱分布特性;磁浮线路可根据需要,在满足静力安全服役的前提下,灵活选择简支梁跨径,最大程度节约工程造价。     

弹性支座对桥梁车致振动的隔振效果研究

为探讨列车高速通过桥梁时传递到桥墩的振动受弹性支座的影响,建立了12个自由度的弹簧-阻尼单元模拟支座,嵌入到车-线-桥耦合振动分析模型中。以高速铁路上典型的32 m混凝土双线简支梁桥为研究对象,采用包含支座单元的车-线-桥耦合振动分析程序进行仿真计算。结果表明:车辆的轮重减载率和竖向振动加速度受支座竖向刚度的影响很小;支座竖向刚度降低,桥梁响应中的静力成分逐渐增大,动力成分则先逐渐减小,再逐渐增大;采用弹性支座,墩顶全频域内的减振效果主要取决于优势频段20Hz~80Hz频率范围的振动衰减量;弹性支座隔振系统的自振频率为10Hz~20Hz,能够吸收中高频振动,放大自身频率范围振动,反映出弹性支座在中、高频段具有很好的隔振性能。     

城市轨道交通临近建筑的隔振分析

基于车辆-轨道垂向耦合模型获得的地铁轨道路基振动激励,建立了采用粘弹性边界平面有限元地层模型,分析了地面振动响应特点;分析了叠层橡胶垫、圆柱形螺旋港弹簧和碟形弹簧三种隔振元件的力学性能,讨论了建筑基础隔震技术在城市轨道交通领域减振应用的可能性;采用一四层框架作为研究模型,分析了基础隔振框架随结构竖向自振特性变化的振动响应规律,并提出设计建议.分析结果表明:地铁路基荷载一般在10 Hz以下,集中在5 Hz以内,主要表现在低频段;水平与竖向结构动力响应均应考虑;现有隔振元件竖向刚度经过适当调整,或者采用适当的组合形式,是可以满足对城市轨道交通引起的建筑结构振动控制的要求;隔振结构竖向第一自振频率控制在3 Hz-5 Hz范围内.并在隔振层附加5%-10%的阻尼,可以获得70%竖向减振效果.     

人-桥竖向耦合振动效应试验研究

轻质人行桥与桥上的静态人体、行人之间均会产生明显的竖向耦合作用。为进一步明确人-桥竖向耦合振动效应,基于室内简支钢结构-玻璃轻型人行桥模型试验平台,分别开展了静立单人-桥、行走单人-桥以及静立单人-行走单人-桥竖向耦合振动效应试验研究。试验结果表明：静立人体作用导致人行桥竖向自振频率降低,而行人使得人行桥竖向自振频率增大;行人步频对人-桥耦合系统的竖向自振频率影响较小,但行人步频及其谐波分量与耦合系统竖向自振频率的接近程度对人行桥加速度响应频谱卓越频率影响较大;当人行桥上同时存在静立人体和行人时,静立人体作为人行桥振动的实际感知者,其驻留位置处人行桥的竖向加速度明显小于自身实际加速度。研究成果可为人-桥竖向相互作用以及人行桥振动舒适度评估提供参考。     

层状饱和地基-轨道-列车耦合系统轨道不平顺引起的振动分析

采用半解析方法研究了层状饱和地基-轨道-列车耦合系统的动力响应问题。层状饱和地基由任意水平饱和土层和下卧饱和半空间组成,轨道采用以无限长欧拉梁模拟的钢轨、连续质量块模拟的轨枕和Cosserat模型模拟的道砟组成的三层系统,列车模拟为弹簧和阻尼元件连接的多刚体系统。振动输入由钢轨的竖向不平顺提供。通过地基表面轨道中心处竖向位移与道砟位移相等实现层状饱和地基和轨道的耦合,通过在车轮与钢轨间引入Hertizian接触弹簧来实现轨道与列车的耦合,首先求得频率-波数域内解答,然后通过Fourier逆变换求得时间-空间域内振动响应。文中验证了方法的正确性,并进行了数值计算分析,研究表明钢轨不平顺引起的列车动荷载振动频率较低时,随着列车运行速度的增大地基表面位移幅值逐渐增大;振动频率较高时,列车运行速度对位移幅值峰值的影响不明显,但列车驶过后地基的振动明显增大,振动时间变长。     

人-桥竖向耦合振动计算方法

为了分析轻质人行桥的人-桥竖向耦合振动,建立了基于双脚支撑人体计算模型的人-桥耦合振动方程。根据行人在刚性地面行走时的步伐荷载计算结果与文献给出的步伐荷载时程曲线对比,验证了双脚支撑人体计算模型能较好模拟行人的脚步力特性。以一座跨度22.8m、第一阶竖弯自振频率7.23Hz的铝合金人行桥为例,运用Monte Carlo法模拟人群的步行参数,形成不同密度人群过桥的随机工况,并用直接积分法计算了考虑人群-桥竖向耦合振动的铝合金人行桥动力响应。计算结果表明,当人群密度较大时,考虑人桥耦合的人致振动卓越频率趋于分散,其振动响应明显小于不考虑耦合影响的计算结果。     

长沙中低速磁浮运营线列车-桥梁系统耦合振动试验研究

为探究不同桥梁结构形式对中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动的影响,选取长沙中低速磁浮运营线中的两种典型桥梁:一跨25 m简支梁和(25+35+25)m连续梁为研究对象,开展现场动载试验,测试了列车在桥梁上运行时车辆及桥梁的动力响应。首先分析两种桥梁的基频特性并与仿真值进行了对比,随后分析了车辆与桥梁的动力特性及振动加速度频谱分布特征。结果表明:两种桥梁基频的仿真值与实测值较为吻合;在磁浮列车作用下,简支梁及连续梁竖向加速度峰值均集中在20 Hz以内,横向加速度峰值分布在20～80 Hz,其中简支梁的振动加速度幅值整体大于连续梁。列车通过简支梁时,车体、悬浮侧架的振动频谱峰值分布与通过连续梁时一致,通过简支梁时的振动幅值更大;悬浮侧架竖、横向加速度远大于车体,空气弹簧具有良好的隔振效果。试验研究成果可为磁浮高架桥梁设计、相应规范或标准的制定提供借鉴。     

城市轨道交通槽型梁结构噪声计算与分析

该文用模态叠加法对城市轨道交通槽型梁进行车-轨-桥耦合动力计算,借助SYSNOISE求出模态声传递向量MATVs,进而用MATVs和梁的模态坐标响应计算桥梁的结构噪声。噪声计算值与实测值在频率分布和幅值上有较高的一致性,证明振动与噪声数值模型的可靠性。槽型梁结构噪声的线性声压级峰值频率为40Hz~80Hz,数值计算表明:动力分析只需考虑轮轨竖向接触即可满足结构噪声计算要求;考虑200Hz以下的声源激励和100Hz以下的结构模态作为边界条件可达到较好的噪声计算精度;调节轨下胶垫的刚度能有效减小结构振动,降低结构噪声2dB~3dB;声压级和车速有强线性关系。     

均布人群对简支欧拉梁动力特性的影响

研究了作用在梁上的均匀分布人群对梁的动力特性的影响.将人群简化为均匀分布的弹性质量模型,考察了无阻尼的弹性质量和有阻尼的弹性质量两种模型对简支欧拉梁的动力特性的影响,得到了人群和梁耦合系统的频率和阻尼的解析表达式.并以此研究了分布质量与梁的质量之比对梁的频率和阻尼比的影响,得到了人群对结构动力特性影响的定性规律.结果表明:耦合系统在人体振动基频处分支出一系列的振动频率,并且当分布人群质量与结构质量之比达到一定程度时,均布的人群会对梁的振动特性产生显著的影响,明显改变梁的自振频率,显著提高梁振动的阻尼比.最后研究了梁的振动频率对人群-梁耦合系统阻尼比的影响.     

轨道梁在磁浮列车以共振速度通过时动力响应分析

该文研究了高速磁浮列车运行引起的轨道梁动力响应问题。采用模态综合技术建立了梁墩体系模型,推导了高速磁浮列车轨道梁运动方程,运用迭代技术求解了列车轨道梁系统动力学方程,计算分析了高速磁浮列车通过24m简支轨道梁引起的动力响应,结果表明:随着运行速度提高,轨道梁动力响应相应提高,在350km/h左右存在一阶二次谐波共振;当列车运行速度超过400km/h时,轨道梁和列车动力响应将被显着放大,为避免轨道梁出现一阶一次共振现象,在设计上,应使轨道梁的一阶自振频率远高于磁浮列车与轨道梁的特征频率(即设计速度与车长比值)。     

Discrete Element Modeling (DEM) of the Vertically Vibrated Particle Bed

Discreet element modeling (DEM) is a computational tool used for detailed exploration of dynamic particle bed behaviors. One such application is the analysis of finely sized particle mixtures under the influence of external forces such as vertical vibration, which is difficult, if barely at all accessible for detailed experimental analysis. Here, we examined the differential density dynamic particle bed behaviors, by the application of a modified two dimensional DEM-fluid model that incorporates the gravity and fluid effects, to replicate some of the important experimental based observations of segregation, heaping, tilting, high density particles on top and bottom, and partition cell separation. The simulation results compared favorably with the reported literature on the density segregation attributes such as high density particles on top at vertical vibration frequency of 6.3 and 7 Hz with corresponding dimensionless acceleration magnitude of 1.6 and 2, convection currents at vertical vibration frequency of 30, 40, and 30 with corresponding dimensionless acceleration magnitude of 3.5, 4, and 3, layer separation at vertical vibration frequency of 7 Hz with corresponding dimensionless acceleration magnitude 2 and partition cell separation at vertical vibration frequency of 45 Hz and corresponding dimensionless acceleration magnitude of 2.25 for simulated glass and bronze particle mixture properties.     

单磁铁悬浮控制系统反馈参数动力学特性分析

单磁铁悬浮系统是磁浮列车最简单,最基本的研究单元。为研究悬浮控制系统反馈系数对磁浮列车稳定性的影响,建立单磁铁-轨道-悬浮系统参考模型,推导单磁铁-导轨的动力学方程,引入状态反馈控制规律,推导出反馈控制规律中的各反馈系数对悬浮系统的物理意义,与普通二次振动模型相比发现,改变间隙反馈系数相当于改变悬浮刚度,速度反馈系数的改变相当于改变悬浮系统的阻尼,改变加速度反馈系数相当于改变悬浮系统的质量。最后从数学的角度设计单磁铁悬浮系统状态观测器,研究发现对于轨道不同频率的不平顺,观测器的反应有所不同,对于高频激扰,悬浮系统能够达到平衡状态,受高频激扰的影响较小,而对于低频激扰来说,悬浮系统会跟随激扰发生振动。     

地铁引起的振动对框架结构的影响及隔振研究-以某教学楼为例

地铁振动对多高层框架结构有一定影响,以广州某教学楼为例进行了研究。首先测量了建筑场地的环境振动,发现场地z向振级大于水平振级,并超出限值要求;将场地最不利加速度时程作为一致激励进行了上部结构的振动响应分析,结果表明3.15-31.5 Hz频段的振动被放大,结构的z向振级逐层增大;对教学楼基底设置钢弹簧隔振装置后,分析结果表明该措施可有效降低23%的地铁振动,并满足限值要求。     

弹性车体垂向运行平稳性一系最优控制研究

采用基于轨道谱及包括轮轴间时延预瞄的最优控制算法,在一系悬挂中加入主动控制,设计其主动控制规律,从降低轨道至车体振动的传递入手,对铁道车辆弹性车体垂向动力学模型进行仿真分析。结果表明,该最优控制算法对车辆系统的振动有较好的抑制作用;可以改善轨道至弹性车体中部的振动加速度传递率,在控制车体刚体振动的同时,也能抑制整车的弹性振动;最优控制算法对车辆系统的1Hz左右的低频振动、以及包含人体垂向振动敏感频域(4Hz-8Hz)的4Hz~10Hz频率内的振动衰减明显,但对车体高频振动作用不大。并与二系主动悬挂系统比较,发现一系主动悬挂能更有效的控制车体的弹性振动,且抑制的频率范围较宽,车辆运行平稳性更佳,为今后弹性车体减振措施选择提供依据。     

地铁产生的环境振动及轨道结构减振分析

以南昌地铁1号线八一广场段为工程背景,对轨道-隧道-大地的三维有限元模型进行动力学分析。分别建立三种道床模型：整体道床、弹性支承块道床和钢弹簧浮置板道床。以振动加速度、1/3倍频程振动加速度级和Z振级作为评价指标,比较不同轨道结构下隧道壁及地面的振动响应。随之减振道床支承刚度的变化,分析道床的自振频率对减振效果的影响。计算表明：列车引起的地面振动主频在40 Hz附近;减振道床的自振频率对减振效果有较大影响;钢弹簧浮置板道床减振效果明显优于弹性支承块道床。     

考虑车架柔性的刚柔耦合汽车平顺性分析

应用有限元对某SUV轿车车架进行模态分析,在此基础上,基于多体动力学理论应用ADAMS/Car软件建立考虑车架柔性的刚柔耦合整车多体动力学模型。对车身质心垂向加速度、悬架动行程和轮胎动位移进行分析,并与多刚体模型的仿真结果进行比较。研究结果表明：考虑车架柔性的刚柔耦合模型的车身垂直加速度功率谱密度比刚体模型降低14.7 %,悬架动行程增大27.1 %,轮胎动行程减小14.8 %;车架柔性对车身主频影响很小,但对车身20 Hz以上振动频谱影响较大。     

高架轨道梁结构特性对磁浮系统的动力影响

以德国Transrapid磁浮列车系统为基础,采用现有的磁浮车辆垂向模型,建立了有限元轨道梁模型、磁浮车轨垂向耦合系统模型及其振动微分方程。在此基础上,针对德国在上海的磁浮项目,主要就轨道梁的型式(简支和连续)、支承刚度及轨面不平顺波长对磁浮车辆-轨道耦合系统动力响应的影响等进行了分析。     

基于INM模型的天津机场飞机噪声污染预测与防治研究

随着我国航空运输业的不断发展,飞机噪声污染问题已经成为限制民航发展的主要问题之一。调查统计了天津机场2018 年实际航空业务量和规划航空业务量,利用INM模型计算飞机噪声并绘制等值线图,根据计算结果分析飞机噪声对周边环境的污染情况。计算结果表明,受航空业务量增加和第三跑道建设的影响,天津机场周边受飞机噪声影响的面积和人数显著增加。结合国际民航组织（ICAO）针对飞机噪声控制提出的“平衡做法”,研究天津机场可以采用的噪声污染防治措施,主要包括减少噪声源、土地使用的合理规划和管理、采用减噪飞行程序。     

高速列车车体抖振现象研究

针对某高速列车在运行时出现的异常抖振现象,实际测试该高速列车车体异常抖振加速度信号,将其时频特征、Sperling平稳性指标与非异常抖振加速度信号进行对比,分析发现,抖振时车体地板横向加速度信号呈现低频谐波特征,主频在10 Hz附近,Sperling指标超过"合格"限值。基于工作模态分析(OMA)并结合工作变形分析(ODS)结果识别车辆各阶模态对抖振变形的贡献量。结果表明,模态频率为9.461 Hz处的车辆模态对抖振变形贡献量最大,振型表现为车体和构架的同向蛇行运动。测试抖振车辆轴箱加速度信号和传递函数,发现轴箱受到的冲击存在时延,抖振加速度信号频率在10 Hz附近的相干性总体上优于平稳加速度信号。得出结论:轮轨接触不匹配引入的激励通过车辆悬挂系统向上传递,激起9.461 Hz处的车辆模态振动,发生抖振现象。