基于精细Runge-Kutta混合积分法的车桥耦合振动非迭代求解算法

针对结构非线性问题,采用4阶Runge-Kutta法展开精细积分法中响应状态方程的Duhamel项,构造了一种既可以避免迭代又具有较高精度的精细Runge-Kutta混合积分方法,在此基础上提出了适用于车桥耦合振动高效求解的分析框架。车桥耦合系统由车辆、桥梁子系统组成,均采用有限元建模,其中车辆子系统采用部件刚体假定,而桥梁子系统借助于振型叠加法缩减自由度数目;两个子系统内部非线性作用以及系统间的相互作用通过非线性的虚拟力表达。以一节4轴客车匀速通过32m简支梁为研究对象,分别采用分析框架法、Runge-Kutta法进行动力分析。数值结果对比表明：相对于Runge-Kutta法,精细Runge-Kutta混合法能够显著提高计算收敛的积分步长;分析框架可以应用到实际工程中。     

地震空间变异性对车桥系统响应的影响分析

该文研究地震空间变异性对车桥动力相互作用的影响.依据场地特征,采用基于谱理论的无条件模拟方法产生非平稳的多点地震加速度时程;使用临界阻尼振子形式的高通滤波器对其修正,进而得到满足一致化要求的地震记录.影响空间变异性的因素均能够在该地震记录中得到充分反映.推导了绝对坐标系下考虑地震作用的车桥系统运动控制方程;其中,地震激励以位移时程形式作用到桥梁结构上.最后,选取8 节车辆编组的高速列车通过3 垮钢桁拱桥作为研究对象,分别进行了在地震动行波激励以及完全空间变异性激励作用下的动力响应分析;并将结果进行了对比.数值分析结果表明:车桥耦合动力分析中输入地震动需要考虑完全空间变异性的影响,这才能保证所有分析车速范围内车辆响应结果偏于安全.     

横向撞击力对铁路桥梁及行车影响的模型实验研究

高速铁路高架桥梁很多,跨越公路的桥墩被汽车撞击所引起的振动会影响列车运行安全。本文利用车—轨—桥耦合动力试验平台,通过模型试验研究了横向撞击力对桥梁及桥上车辆运行安全的影响规律。试验过程中采集了撞击处撞击力时程、桥墩底部动应变、墩顶动位移、墩顶加速度时程,梁1/4,1/2,3/4处的横向动位移和加速度时程,以及车辆的三向车体加速度时程,计算得到桥墩自振频率等振动特性。分析了车桥系统有无撞击力作用时的动力响应,以及撞击力对桥梁及桥上运行车辆的影响规律。结果表明,横向撞击使桥梁的动力响应大幅度增加,并对车辆运行安全有很大的影响。最后根据撞击力时程探讨了瞬态撞击力的等效静力计算方法并验证,为工程设计提供参考。     

地震动斜入射对车桥系统地震响应的影响

为了研究山区地形条件及地震动斜入射对车桥系统地震响应的影响,本文基于粘弹性边界理论,建立了地震剪切波斜入射条件下的局部场地模型。通过将输入地震动转化为人工边界上的等效荷载,获得考虑地形条件和入射角度影响的地震动时程,编制程序获得车桥系统的动力响应,并以列车通过实际桥梁为算例进行了分析。研究结果表明:局部地形条件对车桥系统地震响应的影响不可忽视,否则会导致计算结果偏于不安全;地震剪切波入射角度对车桥系统地震响应的峰值及其出现时间均有影响,只研究地震剪切波垂直入射的情况并不全面,应综合考虑各个角度以确定最不利情况。     

车桥耦合振动迭代求解稳定性研究

将桥梁、车辆分别简化为竖向振动的弹簧振子、簧上质量系，应用谱半径理论研究不同轮轨关系、不同迭代格式下车桥动力相互作用的数值求解稳定性问题，针对可能引起迭代计算发散的原因，提出了改进措施。研究表明：1）采用轮轨分离模型时，只要时间积分步足够小，迭代过程就能够收敛；2）轮轨密贴分析模型中，当轮对质量大于所通过桥梁节点质量时采用直接迭代格式可能造成数值计算的发散；3）轮轨密贴模型迭代求解过程中应用本文提出的虚拟质量法既可避免迭代数值发散又可保留直接迭代的优点。     

利用ANSYS软件作为有限元程序的前后处理

借助于参数化设计语言APDL，将ANSYS中建立的结构模型以一定的数据格式读入到开发的有限元程序中，然后将计算结果返回到ANSYS中，进行相关显示和列表。     

变速移动荷载作用下简支梁桥的动力响应及共振分析

基于振型叠加原理,采用广义坐标变换的方式建立了移动荷载匀变速通过简支梁桥时系统的动力平衡微分方程并编写了分析程序。以某3×32 m铁路多跨简支箱梁桥为例,计算得到车辆匀速运行时桥梁最大挠度随车速的变化曲线,选取曲线上的代表值点进一步计算,并从车桥共振的角度详细分析了桥梁最大挠度的变化趋势以及车辆变速运行对桥梁最大挠度的影响。     

一种单自由度体系解析解及其在车桥动力分析中的应用

假定相邻时刻之间荷载线性变化,推导出低阻尼单自由度振动体系的解析解,在此基础上给出了相应的车桥动力相互作用系统建模及求解流程。系统模型分解为车辆、桥梁两个子系统,基于部件刚体假定和达朗贝尔原理推导车辆子系统运动方程,采用有限元法建立桥梁子系统模型;借助于振型叠加法将两个子系统运动方程解耦,车辆子系统非正交阻尼部分的影响以及两个子系统间的动力相互作用均按非线性虚拟力处理;以一节4轴客车匀速通过32 m简支梁为例,分别采用提出的解析解法、Newmark-β法以及高斯精细积分法进行动力分析。结果表明,相对于Newmark-β法和高斯精细积分法,解析解法不仅具有高精度特点,能显著提高计算收敛的积分步长,同时又能避免计算复杂的指数矩阵,具有良好的工程适用性。     

考虑桩土相互作用的车桥耦合动力分析

研究了桩土动力相互作用对车桥耦合系统动力响应的影响。基于子结构方法,将完整的列车-桥梁-桩基础-地基相互作用模型分解为列车-桥梁相互作用子系统和桩基础-地基相互作用子系统,分别建立两个子系统的运动方程。在建立桩基础-地基相互作用子系统的运动方程时,为了考虑该系统的频率相关性,通过连续时间有理近似将频域内的阻抗函数转化至时域内,并用一个高阶弹簧-阻尼-质量模型模拟。通过迭代计算得到两个子系统的动力响应。以一列8节编组的客车通过5跨简支梁为算例,研究了桩土相互作用对车桥耦合系统动力响应的影响。研究结果表明,考虑桩土相互作用以后,车桥耦合系统动力响应有所增加,在今后的分析中应充分考虑该因素的影响以获得偏于安全的计算结果。     

考虑桥梁几何非线性的风-车-桥耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风及列车荷载作用下大跨度桥梁的振动分析模型。以某大跨度三拱连续钢桁梁桥为例,分析了脉动风及静风荷载的不同作用效应,风速、车速变化以及结构几何非线性对桥梁振动响应的影响。结果表明:在进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用;几何非线性因素会影响桥梁振动的极值,但不影响其变化趋势;风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响。