轨下扣件支承失效对轨道结构动力性能的影响

通过建立连续弹性离散点支承上Timoshenko梁的钢轨模型,运用车辆-轨道耦合动力学理论,模拟计算了室内模型轨道轨下支承失效状态下轮轨系统动力响应,分析了列车运行速度与扣件失效数量对轨道结构动力性能的影响,并进行了时域与频域内的试验分析与验证.结果表明:轨下扣件失效破坏了轨道结构支承的连续性,轮轨间相互作用增强,并随其失效数量的增加与列车运行速度的提高而显著增大;同时,扣件支承失效将影响其前后毗邻的正常轨道结构的动态特性,形成较长范围内线路不平顺,影响车辆运行平稳性与乘坐舒适度.钢轨频响函数测试表明,由于扣件支承失效改变了该区段轨枕间距与轨下支承刚度,削弱了道床对线路所提供的阻尼,轨道结构的动力性能也产生了显著变化.     

曲线轨道参数对钢轨振动衰减率的影响研究

建立曲线轨道解析模型,研究扣件刚度、扣件阻尼、扣件间距以及曲线轨道半径对钢轨振动衰减率的影响规律。轨道模型考虑为具有周期性离散支承的曲线Timoshenko梁,在频域内,将曲线钢轨的位移及转角表达为轨道模态的叠加,进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道的平面内和平面外动力响应。由于此轨道模型为无限周期性结构,将周期性结构理论应用于轨道模型的运动方程,可以在一个基本元内高效地求解轨道的动力响应。利用此模型计算固定谐振荷载作用下曲线钢轨的速度频响函数,据此计算钢轨的振动衰减率。经计算分析可知:在2 000 Hz以内,扣件刚度对钢轨振动衰减率有一定的影响,随着扣件刚度的增加,钢轨振动衰减率增大;对于100 Hz以上频段,扣件阻尼对钢轨振动衰减率有非常显著的影响,增加扣件阻尼可以显著提高钢轨振动衰减率;如果考虑全频段的钢轨振动衰减率,0.6 m扣件间距要优于0.4 m和0.8 m扣件间距;对于铁路轨道或城市轨道交通的轨道,曲线轨道半径变化对钢轨振动衰减率没有影响。     

固定谐振荷载作用下曲线轨道动力响应特性研究EI北大核心CSCD

将曲线轨道视为周期性离散支撑结构,根据周期性结构的振动特性,通过引入移动荷载作用下曲线轨道梁的数学模态以及广义波数,得出曲线轨道梁频域响应的级数表达,进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道梁平面外弯扭耦合振动的响应特性。通过计算不同频率固定谐振荷载作用下曲线轨梁的动力响应,可以求得曲线轨梁垂向位移频响特性。对单层离散点支撑轨道模型进行计算分析可知:曲线轨道梁一阶自振频率受扣件支点垂向支撑刚度、垂向支撑阻尼系数、扣件支点间距变化影响较大,扣件支点垂向支撑刚度增加时轨梁一阶自振频率提高,垂向支撑阻尼系数增加时轨梁一阶自振频率略有减少,扣件支点间距减小时轨梁一阶自振频率提高;扣件支点间距对曲线轨梁频响特性具有显著的影响,跨中处一阶pinned-pinned共振峰幅值及支点处反共振峰幅值随支点间距的增加而变大;曲线半径对地铁轨道轨梁垂向位移频响特性几乎没有影响。     

固定谐振荷载作用下曲线轨道动力响应特性研究

将曲线轨道视为周期性离散支撑结构,根据周期性结构的振动特性,通过引入移动荷载作用下曲线轨道梁的数学模态以及广义波数,得出曲线轨道梁频域响应的级数表达,进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道梁平面外弯扭耦合振动的响应特性。通过计算不同频率固定谐振荷载作用下曲线轨梁的动力响应,可以求得曲线轨梁垂向位移频响特性。对单层离散点支撑轨道模型进行计算分析可知:曲线轨道梁一阶自振频率受扣件支点垂向支撑刚度、垂向支撑阻尼系数、扣件支点间距变化影响较大,扣件支点垂向支撑刚度增加时轨梁一阶自振频率提高,垂向支撑阻尼系数增加时轨梁一阶自振频率略有减少,扣件支点间距减小时轨梁一阶自振频率提高;扣件支点间距对曲线轨梁频响特性具有显著的影响,跨中处一阶pinned-pinned共振峰幅值及支点处反共振峰幅值随支点间距的增加而变大;曲线半径对地铁轨道轨梁垂向位移频响特性几乎没有影响。     

曲线轨道钢轨扭转振动频率响应特性研究

将曲线轨道视为周期性离散支承结构,根据周期性结构的振动特性,将曲线轨道动力响应的求解问题转化在一个基本元之内进行研究,将固定谐振荷载视为速度为零的移动谐振荷载,通过引入移动谐振荷载作用下曲线轨道钢轨的频域数学模态及广义波数,得出曲线轨道钢轨扭转振动频域响应的级数表达。在频域内采用模态叠加法表示钢轨的扭转振动,进而求解得出不同激振频率下钢轨的扭转振动频域响应,得到曲线轨道扭转振动频率响应函数。针对曲线轨道扭转振动频响特性,分析了扣件支点扭转刚度、扭转阻尼系数、扣件支点间距以及曲线半径等因素对频响函数的影响。     

两端一般支承裂纹管道的动力学特性

研究了两端一般支承输流管道在含有圆周非贯穿裂纹时的动力学特性。在梁模型横向弯曲振动模态函数中加入3次多项式构造出含裂纹梁的模态函数,根据特征方程具体分析了弹性支承刚度、平均流速、裂纹圆周角、裂纹位置等对系统的固有频率特性和失稳临界流速的影响。数值计算结果表明,由于裂纹的存在,管道的固有频率和静态失稳和动态失稳临界流速将发生复杂的变化。     

非线性不对称弹性支承车辆-基础系统动力学建模

研究软支承下的车辆-基础系统动力学建模问题.将基础模拟为具有多个非线性、不对称弹性支承和阻尼器约束的Euler Beinoulli梁,利用分段线性化方法描述弹性支承的非线性刚度和阻尼特性,根据Hamilton原理和假设振型方法建立系统的运动方程,基于Newmark直接积分方法编制MATLAB二次开发函数,数值求解系统动力学响应,分析了支承约束非线性对系统动力学特性的影响.     

地震波频谱特性对高速列车动态脱轨行为的影响

为研究地震下高速列车的动态响应及地震波频谱特性对车辆动态脱轨行为的影响,发展了一种地震激励下车辆/轨道耦合动力学数值模型,车辆模型被简化为考虑悬挂非线性特性的35自由度多刚体系统,板式轨道被视为由钢轨、扣件系统、轨道板及CA砂浆层组成的弹性支承结构,钢轨被视为连续弹性离散点支承基础上的Timoshenko梁,轨道板用三维实体有限元模拟。采用移动轨下支承模型分析离散的轨枕支承对系统动力响应的影响,地震波被简化为周期性的横向正弦波加入计算模型中。基于仿真计算,对地震情况下高速列车的动力响应进行了详细分析,并重点分析了地震波频谱特性对高速车辆动态脱轨机理的影响。分析结果表明:地震波的频谱特性对车辆的动态响应、脱轨机理及车辆的运行安全有着重要的影响。     

端部约束悬臂输流管道的动力学特性

根据梁模型横向弯曲振动模态函数一般表达式,由边界约束条件确定其模态函数的一般表达式,采用Galerkin法将运动方程在模态空间内展开,利用动力学分析方法,分析端部受线性弹簧支承和扭转弹簧约束的端部约束悬臂管道从非保守系统逐渐变为保守系统过程中的固有特性和稳定性。数值仿真结果表明,这种特殊边界输流管道具有复杂变化的动力学特性,支承和约束刚度系数的变化对系统固有特性和稳定性产生很大的影响:随着弹簧刚度的增大,系统的固有频率上升,管道失稳方式从颤振变为屈曲,并且影响系统其他参数对管道动力学特性的作用。     

横向固定谐振荷载下曲线轨道参数对钢轨位移响应的影响研究

建立曲线轨道解析模型,此轨道模型考虑为具有周期性离散弹簧-阻尼支承的曲线Timoshenko梁。在频域内将曲线钢轨的位移及转角表达为轨道模态的叠加,并将周期性结构理论施加于轨道模型的运动方程,进而在一个基本单元内高效地求解轨道的动力响应。将横向固定谐振荷载作用于钢轨轨头,考虑不同扣件刚度、扣件阻尼、扣件间距及曲线半径,研究上述轨道参数对曲线轨道位移响应的影响。经计算分析可知:钢轨轨头的横向位移响应包括平面内和平面外的位移响应,是钢轨平移和扭转效应的叠加;增加扣件刚度或减小扣件间距可导致轨道系统一阶自振的频率增大,而其幅值减小,对于一阶自振频率以下的频段,钢轨位移幅值也有所减小;随着扣件阻尼的增大,一阶自振的幅值显著下降,对于pinned-pinned共振,随着扣件阻尼的增加,跨中处的钢轨位移增大,而扣件上方的位移有所减小;pinned-pinned共振频率随着扣件间距的增大而减小,而其位移幅值增大;对于曲线地铁轨道,曲线半径对钢轨的横向位移基本没有影响,但对竖向位移影响显著,随着曲线半径的增加,钢轨竖向位移幅值显著下降。     

梁结构振动支承约束反力控制

支承或连接构件对梁结构的动力学性能有至关重要影响,必须保证其在振动过程中不发生破坏或者失效。通过合理设计和布局附加弹性支承可以实现对这些重要连接构件所承受约束反力的控制。应用微分变换法推导含附加支承的梁结构支承约束反力及其对于附加支承位置和刚度的灵敏度表达式,并通过优化设计附加支承位置和刚度实现具有弹性约束端的简支梁结构各支承约束反力的平衡,可提高结构的动力学性能。     

双参变量下齿轮-转子系统扭转振动特性分析

建立考虑齿侧间隙、啮合刚度和传递误差波动的直齿圆柱齿轮-转子系统模型,分析齿轮副的扭转振动。根据齿轮的基本参数,计算了齿轮副的时变啮合刚度、啮合阻尼等动力学参数。通过计算系统的分岔图、频谱瀑布图、最大Lyapunov指数谱和扭转位移-时间映像,得到了系统在不同参数条件下的周期性与非周期性、频谱特性和时域特性的变化规律,分析概周期运动下齿轮副出现的连续频谱特性和渐变失稳的时域特征。通过计算双参数平面上动力学分布图,得到了系统在双参数变化时的周期和非周期运动的分布规律和分岔特点。     

颗粒阻尼系统动力学特性研究

对带有颗粒阻尼的简支梁系统的动力学特性进行了研究.文中首先通过实验方法对未加颗粒阻尼和添加颗粒阻尼的简支梁加速度幅频响应进行对比,发现颗粒阻尼能够有效地抑制系统共振峰值,降低系统共振频率的特点;在基础做简谐振动情况下,得到颗粒体对系统产生的冲击力受约化加速度控制会经历一系列倍周期分岔的规律,给出了分岔周期冲击力的谐波分量表达式;最后,推导出含颗粒阻尼单自由度系统在简谐激励作用下稳态响应的计算公式.     

随机激励下振动系统非线性特性定性方法研究

结合FPK方程和非线性等效原理,对随机激励下的分别含有非线性阻尼、非线性刚度的单自由度系统计算等效阻尼及等效刚度。结果表明:非线性系统的等效线性频响函数图及奈奎斯特图随外激励量级的变化而变化,不同非线性类型的等效频响函数及奈奎斯特图随外激励量级的变化规律不同,从而给出了对根据实测频响函数与奈奎斯特图变化规律定性分析振动系统非线性特性和软硬特性的方法,为真实非线性动力学系统建模提供了理论依据。最后应用此方法对铝蜂窝夹层板的随机试验数据进行定性分析,得到结果可用于指导建模。     

基于不完备频响函数辨识结合部等效参数的研究

研究了输出信息不完备情况下结合部等效动力学参数的辨识问题,阐述了一种较为通用的结合部等效动力学参数辨识方法.首先采用实验与有限元法相结合,辨识出试验中难以获取的频响函数,构造出完备频响函数.然后通过完备频响函数,运用迭代算法辨识出结合部等效动力学参数.在辨识过程中,建立损失函数模型,将问题转化为求解损失函数的最小值问题.该方法不需要求出模态参数,所以同样适用于大阻尼系统或者模态密集系统的结合部参数辨识.由于只需部分易测的频响函数,所以具有很好的工程应用性.最后通过算例验证了本方法具有很高的辨识精度.     

考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁1/2次谐波共振响应分析

土-结构相互作用系统动力响应的基本特征之一是有限范围内弹性地基与其支承结构共同运动,将土体运动引入系统的动力学方程可体现其对系统动力学特性的影响。基于考虑有限深度土体运动影响的Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程,利用Galerkin法和多尺度法,求得弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应方程和位移的二阶近似解。进而通过数值计算,得到了梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线,研究了地基深度、质量、弹性模量、Winkler参数和阻尼等对弹性地基梁1/2次谐波共振响应的影响。研究结果表明:有限深度土体运动对Winkler地基梁1/2次谐波共振响应影响显著。运动方程中引入土体运动的影响后,梁1/2次谐波共振区间明显减小。随地基深度、质量和弹性模量改变,弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线偏转程度、共振区间和响应幅值等均发生定量改变。当弹性地基刚度增大到一定程度,Winkler地基参数变化对系统1/2次谐波共振响应的影响明显减弱。阻尼对系统动力响应起抑制作用,当参数η增大到一定值后将不会出现1/2次谐波共振响应的非平凡解。     

栓接结合部动态特性参数辨识新方法

利用频响函数法辨识栓接结合部等效动力学参数时,由于实验测量、噪声干扰及数值运算(矩阵求逆)等所致误差,使辨识结果出现不适定性。为避免此问题的产生,使辨识结果能真实反映栓接结合部动态特性,提出新的辨识方法。建立含栓接结合部的整体结构有限元模型,据栓接结合部不同等效刚度与等效阻尼与整体结构归一化频率关系,确定栓接结合部等效刚度与等效阻尼的取值范围,并取该范围的平均值为初值,以实验与仿真整体结构频响函数误差最小为目标确定栓接结合部等效刚度与等效阻尼值。通过实验研究及与文献[16]结果比较表明,采用该方法可达准确辨识栓接结合部等效参数之目的。     

高速主轴-夹具-刀具系统动态特性分析

基于导纳耦合分析法，建立高速轴-夹具-刀具系统模型，得到不同转速下刀具端点处的频响函数，并采用半离散分析法，对变刚度铣削加工过程的稳定性进行分析，研究主轴转速对铣削稳定性的影响。结果表明，考虑轴承变刚度的影响，在高速情况下铣削加工稳定曲线向低转速方向偏移，且临界铣削深度明显降低。     

基础激励下转子-轴承-支座系统动力学特性研究

针对基础激励影响转子轴承系统动力学特性问题,提出基于有限元和集中质量法的转子系统耦合动力学模型,分析基础激励对系统动力学特性的影响规律。模型中,转子采用梁单元离散建立有限元模型,滚动轴承考虑非线性接触力和间隙影响,支承阻尼环采用Kelvin-Voigt 线性力学模型表征其力学特征。通过Runge-Kutta 数值方法研究基础位移激励对系统动力学行为的影响规律;在此基础上,基于遗传算法对支承阻尼环的动力学参数进行优化设计。结果表明：基础在水平或垂直方向上的位移激励不仅对该方向转子振动有影响,对其他方向振动也存在一定影响;基础激励频率不等于滚动轴承VC(Varying Compliance)频率或其谐波频率时,系统中出现了组合共振现象;同时,经优化设计后,基础激励对系统动力学行为的影响显著降低。研究结果为基础振动下转子轴承系统的动力学分析提供了理论支撑。     

轴向载荷作用下无限长连续梁振动研究

研究了轴向静载荷作用下无限长等间距支承梁的横向振动问题。通过所建立的理论模型，分析了不同轴向载荷包括拉压对梁振动特性的影响，着重讨论了共振频率和对应幅值的变化规律；模型中，振动激励载荷为一作用于梁中的正弦变化的集中横向力，并考虑了梁横向变形阻尼系数、应变阻尼系数以及支承刚度对梁振动特性影响等因素。