港口集装箱轨道吊结构疲劳强度校核分析

经济发展促进港口机械的快速发展,从而引起了研究者对机械结构疲劳程度的评估。港口集装箱轨道吊是港口集装箱装卸作业中的重要设备,在该文作者提出了一种基于有限元仿真的疲劳强度校核。通过建立集装箱轨道吊金属结构的有限元模型,进行有限元分析仿真各结构件的静强度计算,运用许用应力计算模型,确定最小疲劳寿命部位,并采用应力比法对疲劳强度进行校核分析。     

不确定性因素结构的有限元建模与确认

针对工程结构中普遍存在的装配不确定性,需开展考虑不确定性的有限元建模与确认。以一套组合梁结构为实例,对其进行了分层试验设计与各层次结构多工况的虚拟模态试验。并根据模型确定框架对其开展了不确定性参数的识别、量化以及模型的确认研究。展示了考虑不确定性因素结构的有限元建模与传统确定性结构有限元建模的异同,可为其他工程结构开展类似的工作提供借鉴。     

基于开源计算程序的特大跨斜拉桥地震灾变及倒塌分析

现阶段大跨桥梁弹塑性分析多基于商用有限元软件,一定程度上的限制了相关研究的深入开展。该文基于开源有限元程序OpenSees,以我国拟建的琼州海峡大桥斜拉桥设计方案为例,采用分层壳单元模拟桥墩(桥面板),桁架单元模拟预应力斜拉索,建立了主跨1500 m 的特大跨斜拉桥有限元模型,实现了其地震灾变及倒塌全过程的模拟,并通过与商用有限元软件MSC.Marc 计算结果的比较,验证了该文开发的计算单元和模型的可行性与正确性。其研究成果可为进一步开展基于开源有限元程序的特大跨斜拉桥抗震研究提供参考。     

地铁列车运行引起的振动对精密仪器影响的预测研究

采用一种动力有限元数值模型,并结合道路交通现场振动测试,对北京地铁8号线列车运行对邻近地铁线路的某科研楼内精密仪器的振动影响进行了预测研究,并比较了普通无砟轨道和浮置板轨道两种工况下楼内外的振动响应。提出了该有限元模型的网格划分、边界条件、阻尼施加等建模原则,采用实测的钢轨振动加速度计算而来的动态轮轨力作为该模型上的激励力。结果表明：采用该动力有限元模型可以有效地预测地铁列车运行引起的振动;浮置板轨道是一种有效的减振措施,在其工作频段内有显著的减振效果,但对低频振动没有减振效果,而且在其自振频率处还有一定的放大作用;地铁8号线开通后,地铁列车振动再叠加上道路交通引起的振动会对科研楼内部分精密仪器的正常工作造成一定的影响,仪器基座处可采取相应的隔振措施来减小这部分振动。     

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。     

地面沉降对路基上双块式无砟轨道平顺性的影响

高速铁路无砟轨道对于基础沉降变形特别敏感,地面沉降会显著影响路基上无砟轨道的受力变形及使用寿命,影响高速列车安全平稳运行。该文针对路基上双块式无砟轨道,基于有限元方法建立了梁-板-实体空间耦合模型,对地面不均匀沉降的幅值、范围及型式与双块式无砟轨道系统平顺性的关系开展了研究。结果表明:无砟轨道及路基各层沉降量随着地面沉降量增加基本成线性增加,支承层和路基表层间沉降差较大易出现离缝问题;地面沉降量20mm、沉降范围小于15m时,路基及轨道结构离缝现象明显,沉降范围大于15m时结构变形趋于平缓、轨面曲率半径增大;地面错台和折角型不均匀沉降均易导致无砟轨道及路基在折角点出现沉降差、结构离缝甚至开裂,折角值大小直接影响轨面平顺性。     

高速铁路CA砂浆层-轨道板系统高频振动分析

高速铁路CA砂浆层-轨道板系统高频振动分析是高速铁路轮轨噪声研究的重要组成部分,其分析频率高达数千赫兹。以往对其的研究大多为静力学分析,而少量的动力学分析所涉及的频率都比较低。对高频振动问题,如果直接使用有限元商业软件,不但有计算效率不高的问题,而且不方便开发独立的轮轨噪声预测模型。以CA砂浆层和轨道板全为实体单元的有限元模型分析结果为基准,对比几种相对简单的有限元模型的分析结果以及采用模态叠加法的分析结果。对比分析表明,在所关心的频率范围0~2 000 Hz内,简化的薄板-弹簧阻尼器有限元模型和模态叠加法均能给出足够精确的结果。     

公路与轨道交通载荷作用下隧道动力响应分析

为研究公路和轨道交通荷载共同作用下隧道的动态响应,本文引入微观交通流模型中的元胞自动机模型来模拟公路车流荷载,利用多体动力学模型来模拟轨道车辆荷载,以上海某公铁两用隧道为例建立隧道-土体系统的三维动力有限元模型,对公路和轨道交通载荷单独作用及共同作用时的隧道动力响应进行分析,获得了公铁两用隧道的动力响应规律,为其设计提供参考。     

机械式停车设备框架结构模态分析与试验研究

针对机械式停车设备故障频发问题,以市场占有率较高的两层升降横移类机械式停车设备为研究对象,采用CAD/CAE技术开展框架结构模态分析与试验研究。首先利用SolidWorks和ANSYS软件建立框架结构三维及有限元模型,开展理论模态分析;然后利用AVANT MI-7008一体式数据采集与分析仪开展模态试验测试,并通过Modal Genius软件处理试验数据,分析得到停车设备各阶固有频率及振型。最后将试验结果与理论分析进行比对研究,分析结果表明停车设备的有限元模型是正确的,理论模态分析方法是可行的,该方法为停车设备的设计与优化提供有效参考和理论基础。     

列车-轨道系统竖向动力分析的车辆轨道单元模型

根据列车-轨道系统运动的特点,提出了适合该问题动力学分析的新型车辆单元和轨道单元,运用有限元方法和Lagrange方程,推导了两种单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。整个列车-轨道系统只需离散成车辆单元和轨道单元,其中轨道系统离散成轨道单元,一节车辆离散成一个车辆单元。该模型具有程序编制容易、计算效率高的特点。作为应用实例,给出单轮通过和考虑轨道完全平顺和具有随机不平顺条件下整车通过时车辆和轨道动力响应分析的二个算例。     

地震作用下车辆-轨道系统轮轨动态响应试验研究

为研究地震作用下高速铁路地震预警阈值,进行准静态全尺寸车辆-轨道模型振动台试验研究,对车辆轨道模型施加正弦地震波,试验结果显示《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中所规定的轮重减载率限值和脱轨系数限值可能偏于保守,且导致列车脱轨的原因是由于地震作用使轨道结构发生大幅的水平向振动,引起车轮发生水平向晃动,致使车辆发生侧向滚摆运动所造成的;接着对车辆轨道模型施加实测地震波,试验结果表明地震波频谱特性对列车运行安全有一定的影响;对车辆轨道模型同时施加水平向和垂向地震波,发现对车辆轨道系统动力响应影响较大的为水平向地震波,垂向地震波则对其影响较小;根据振动台试验模型建立与之对应的多刚体、多自由度三维车辆-轨道数值模型,研究当考虑轨道不平顺时,地震作用下不同车速对列车轮动动力响应的影响,通过数据分析表明,在一定范围内,地震作用下的列车脱轨与列车速度关系不大,为高速铁路地震预警阈值的研究提供了一定的理论依据。     

基于反应谱的土与结构相互作用体系非平稳随机地震反应分析

提出了分析土与结构相互作用系统随机地震响应分析的反应谱方法,考虑地震激励的非平稳性,假定地震激励为等效平稳随机过程,根据线性时不变系统对随机激励的传递关系,利用规范中的标准反应谱,确定系统非平稳响应的统计量。实际算例表明所提出的方法与震灾情况具有较好的一致性。     

客运专线轨道不平顺功率谱分析

轨道不平顺是车辆振动的主要激扰源,也是限制列车最高运行速度的主要因素之一,直接关系到列车运行的平稳性、安全性和舒适性。文章以秦沈客运专线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用FFT方法进行样本空间的谱估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度。基于轨道不平顺样本的总体平均,得出了谱密度频率平滑曲线和谱密度曲线拟合表达式,并与我国重载提速干线的谱密度曲线进行了对比分析。在此基础上,对秦沈客运专线的轨道状态进行了评估。     

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。     

基于虚拟激励法列车脱轨系数概率统计研究

为探讨高速铁路列车脱轨系数安全指标的随机特性,基于虚拟激励法与极值理论,采用多体动力学理论与有限元法建立车桥随机振动模型。采用垂向密贴、横向线性蠕滑轮轨关系建立车-桥耦合系统动力学方程;运用虚拟激励法将轨道不平顺转化为一系列频率点处简谐荷载的叠加,将非平稳问题转化为确定性的时间历程问题,通过分离迭代法求得轮轨力功率谱;基于调制函数,采用谐波叠加法在每一时刻求和得到轮轨力时程样本;通过极值理论探究脱轨系数最大值概率分布函数并求得其最大值。同时讨论了不同挠跨比情况下,轮轨力功率谱的平稳特性。基于该计算模型,以24.6 m混凝土简支梁为研究对象,研究不同车速下脱轨系数极值分布情况。研究结果表明:极值分布能很好的求得不同车速下的脱轨系数极值;速度越大,脱轨系数极值分布的离散型越强,对应的99.73%置信度脱轨系数值越大;置信度99.73%对应极值能较好的控制住时域样本最大值;就所研究的工况而言,桥梁变形对轮轨力功率谱平稳特性的影响很小。     

全非平稳地震动过程的概率模型及反应谱拟合

在强度调制函数基础上,发展了一类全非平稳地震动过程的时-频调制函数。结合平稳地震动过程的功率谱密度函数,建立了全非平稳地震动过程的演变功率谱模型,并根据建筑抗震设计规范确定了模型参数的取值。应用非平稳过程模拟的谱表示-随机函数方法,生成具有完备概率的非平稳地震动加速度过程的代表性时程集合,进而计算代表性时程的平均反应谱。为保证计算平均反应谱与建筑抗震设计规范反应谱的一致性,建议了反应谱容许误差的双重控制准则,即平均相对误差和最大相对误差。研究表明,通过对演变功率谱的3次迭代修正,即可实现计算平均反应谱与规范反应谱拟合的目的,为应用结构随机动力学进行实际工程结构抗震设计提供了依据。     

荷载变形关系求解无缝线路轨道稳定性

无缝线路是一种新型轨道结构,是轨道结构现代化的标志。无缝线路稳定性分析是无缝线路的理论基础和关键技术。国内外都非常重视无缝线路的稳定性问题,并进行了大量的试验和理论研究。运用“荷载-变形”关系进行了无缝线路轨道稳定性分析,并推导出钢轨温度力计算公式。输入不同的轨道变形波长,通过优化理论找出最小的钢轨温度力。将此模型的计算结果与不等波长无缝线路轨道稳定性计算方法所得结果进行了对比,两者较为接近,误差不超过2.07%。从而证明此方法的正确性。     

On effects of track random irregularities on random vibrations of vehicle–track interactions

As the integrated reflection of track substructure deformations and the most important excitation for vehicle–track interactions, track irregularities show random nature, and generally being regarded as weak stationary random processes. To better expose the full statistical characteristics of track random irregularities on amplitude and wavelength, a time–frequency transform and probability theory based model is developed to simulate representative and realistic track irregularity sets by combining with random sampling methods. Moreover, a three-dimensional (3-D) vehicle–track coupled model is established by finite element method and dynamic equilibrium equations, where the nonlinearity of wheel/rail interaction is considered. Finally, a probability density evolution method (PDEM) is introduced to solve the probabilistic transmission issues between track irregularity sets and dynamic responses of vehicle–track coupled systems. There is a clear demonstration that the results derived by proposed methods are comparable to the experimental measurements. Through effectively applying the above methodologies, the probabilistic and random characteristics of vehicle–track interaction can be properly revealed.     

轨道不平顺非均匀采样信号分析

目前的轨道谱分析是基于用等间隔采样数据描述轨道不平顺特征,而机车实际运行速度的变化必然导致采样的非均匀性,传统的谱分析方法必然产生原理误差。为提高非均匀采样信号分析的准确性,研究了平稳随机过程非均匀采样序列,导出了非均匀采样信号的功率谱表达式,应用该表达式分析了采样间隔服从正态分布的非均匀采样情况,证明了非均匀采样信号功率谱表达式包含了均匀采样这种特例,涵盖了经典理论,验证了新公式的正确性,并提出了进行轨道谱分析时用于求取功率谱表达式中所含有的采样间隔的概率密度函数等统计特征量的方法。     

高速列车荷载作用下无砟轨道地基竖向耦合动力响应研究

建立高速列车荷载作用下车辆系统-无砟轨道-地基耦合动力模型,通过Fourier变换求解弹性半空间地基土体的动力控制方程,同时根据轨道底座与半空间的接触条件得到了弹性半空间表面竖向位移在频域内的表达式,再采用快速Fourier 变换求得了时域内的土体位移解。结合算例,分析了列车速度、轨道结构参数等因素对地基动力响应的影响。研究结果表明:板下调整层弹簧刚度系数越大,地基土动力响应越大,地表振动越大;底座弯曲刚度越大,地基土动力响应越小;随着列车速度增加,地基土动力响应增大;距离轨道中心处越远,地基土动力响应越小。