城市轨道交通高架U型梁车-轨-桥耦合振动分析

基于多体动力学原理与有限元法,利用多体动力学软件Simpack建立三维车-轨-桥耦合振动仿真模型,对列车过桥时U型梁及轨道结构竖向和横向振动进行分析,研究扣件、板下弹性支承与桥梁支座参数对U型梁和轨道结构振动的影响,给出各参数合理取值范围。研究结果表明:列车以80 km/h的速度过桥时,1阶模态对U型梁局部振动贡献最大,且在轨道不平顺激励下,容易激发高阶模态,致使U型梁局部振动加剧;U型梁翼缘处横向振动不容忽视,且应重点关注钢轨与轨道板的竖向振动;增大扣件刚度可明显减小钢轨变形,但过大的扣件刚度会使轨道板和U梁振动加剧,建议扣件竖向刚度取值范围为20 MN/m~50 MN/m;增大板下弹性支承刚度可明显减小轨道板及钢轨的竖向变形,但过大的刚度将削弱轨道弹性,不利于减振,建议板下弹性支承竖向刚度取值范围为1.0×103MN/m~1.5×103MN/m;支座刚度在一定范围内增大可减小U梁、轨道板和钢轨的振动,但过大的刚度反而会使振动加剧,建议支座竖向刚度取值范围为3×103MN/m~4×103MN/m。     

梁板耦合结构振动功率流特性研究

研究梁板耦合结构的振动特性,以导纳理论为基础推导了系统各部分功率流表达式。通过数值仿真研究主要结构参数变化对系统功率流的影响。结果表明：梁、板厚度及梁长度影响功率流幅值的频带分布,而梁、板损耗因子的变化改变净功率流、总功率流和吸收功率流的大小,其中板角是较为理想的耦合位置。通过优化设计,对某工程结构的振动控制取得了一定效果。     

城市高架轨道箱梁振动特性数值分析与实测

由高架箱梁振动产生的桥梁结构噪声是高架线路辐射噪声的重要组成部分。从理论与现场实测两方面研究列车通过时高架轨道箱梁的振动特性。首先利用有限元法建立城市轨道交通高架简支箱梁的三维振动分析模型,分别计算列车以速度为60 km/h、80 km/h、100 km/h和120 km/h通过时,高架轨道箱梁结构的动力响应。将理论模型的计算结果与实测结果进行对比,发现理论模型计算结果和试验分析结果在20 Hz至400 Hz基本上保持一致,最大误差为9.6 d B,说明计算模型满足一定的精度要求。理论模型时域分析的结果表明:同一辆列车经过时各测点振幅值随车速的提高而增大;不同类型列车以相同速度通过时,由于车辆-轨道的耦合作用,列车对轨道和桥梁的冲击作用不同。模态分析结果表明,固有频率高于10 Hz时箱梁振动模态开始呈现截面变形,且随着频率增加,箱梁结构振动形式逐渐表现为构件的弯曲振动。频域分析结果表明,钢轨、轨道板、桥面板、翼缘、腹板和梁底板的振动水平分别为140 d B至160 d B、110 d B至120 d B、110 d B至120 d B、115 d B至130 d B、110 d B至125 d B和105 d B至115 d B,振动幅值随车速的提高而增大。     

含裂纹梁自由振动分析

研究含常开裂纹矩形截面梁的自由振动问题.通过一计及裂纹对粱局部柔度影响的无质量扭簧模拟裂纹所在截面,建立起与含裂纹梁等效的力学模型;基于完整梁自由振动方程的基本解,推导出含裂纹梁的传递矩阵;以简支梁和悬臂梁为例,结合具体的边界条件,导出它们相应的频率方程.基于泰勒展开,给出求解该频率方程的一种迭代算法,能够简便地计算含裂纹梁的固有频率.     

高速列车明线交会流致振动耦合响应分析

为探究高速列车在流致振动作用下会车压力波对车内气压的影响机理,针对某线路试验高速动车组采用多重等效方法建立有限元车厢、流场以及耦合系统模型,并进行耦合系统模态分析;通过列车交会侧传感器实测会车压力波信号,对车厢耦合系统进行气压冲击加载,分析车内流致振动耦合响应情况;将线路实测车内气压数据运用经验模态分解方法自适应分解,获取各本征模态层,并与流致振动响应数据进行对比分析。结果表明,车体振动位移的频率分布与加载的会车压力波频率相吻合;车内气压级在6.1 Hz、14.67 Hz处较大,分别与耦合系统的第一阶非刚性模态频率与结构的第一阶模态频率相吻合;同时验证会车压力波在车厢流致振动耦合模型下对车内气压影响机理分析的正确性。     

改进傅里叶方法在梁结构振动特性分析中的应用

研究了一般边界条件下Euler-Bernoulli梁的振动特性。首先基于改进傅里叶法建立了梁结构的位移函数表达式,其中位移函数被表示为傅里叶余弦级数展开式与辅助多项式函数的叠加,其后基于最小势能原理建立拉格朗日方程,并通过Rayleigh-Ritz法进行求解,得到其固有模态及强迫振动响应。通过讨论旋转方向和横向弹簧刚度取值对计算结果收敛性的影响,验证了本方法的数值稳定性,得到用于模拟经典边界条件的弹簧刚度值。通过将本文计算结果与有限元法对比,验证了本方法的有效性。在此基础上对一般边界条件下梁结构受迫振动的响应特性进行了研究,讨论了弹簧刚度值等参数对梁结构振动特性的影响规律。     

波传播方法在任意边界杆梁结构振动中的应用

采用波传播方法对任意边界杆梁结构的振动特性进行了研究。并且通过设置边界弹簧系数为零或无穷大可以得到所有的传统边界条件。杆梁位移被表示为包含波数的波传播形式。得到了一个由不同支撑和连接刚度边界的三跨梁结果,并且与文献进行了比较。同时,设计了一个被人为断开成两段刚性耦合的悬臂杆梁模型,及一个直角耦合两端固支杆梁模型。通过与ANSYS模型所得结果的对比验证了方法的正确性。     

高速列车车体结构振动和车内声学特性分析

为了研究高速载客列车车体结构振动及车内声学特性,建立高速列车有限元模型,对全车体进行模态分析和轨道谱响应分析,并基于声与结构耦合对车体内腔进行声学模态分析。车体前200阶固有模态频率跨度为0.62～100.27 Hz,前6阶0.62～1.51 Hz为车身整体相对于转向架的低频振动,其余各阶为车身结构的弹性振动。当施加我国200 km/h等级提速线路通用轨道谱激励时,体振动在0～2.00 Hz的低频有较大响应。车体内腔前200阶声学模态频率跨度为0～126.66 Hz,在20～100 Hz之间模态比较密集。     

钢弹簧浮置板中低频振动特性分析

为了探究高架线路上钢弹簧浮置板减振轨道在外激励作用下的振动特性,建立了钢弹簧浮置板减振轨道-箱梁桥三维有限元模型,以美国六级谱激励下的轮轨力作为输入,对钢弹簧浮置板减振轨道的振动特性进行了系统的研究;在此基础上,分析了不同刚度的钢弹簧对在整体轨道结构振动的影响。研究结果表明：浮置板结构的振动特性以纵向上的弯曲振动为主,同时存在不均匀分布的局部振动特性,因此利用三维有限元模型才能很好的研究浮置板结构的整体和局部振动特性。整体轨道结构在中低频段的振动明显,其中钢轨的主振频率集中在200-250Hz以及425-475Hz;浮置板在150Hz以下的低频段振动密集,主振频段与钢轨一致,但在425-475Hz的振动幅值与低频段相近;浮置板在主振频段的弯曲振动不是规则的同幅值正弦形式,其幅值呈逐渐递增或递减分布。钢弹簧刚度对钢轨50Hz以下的振动频率分布有一定的影响;主要影响浮置板结构的整体振动形式,在频率较低时对振动幅值及局部振动形式也有较大的影响。     

轨道车辆轴箱传感用压电梁振动发电特性分析

为解决轨道车辆低频振动时压电俘能器能量适配及发电最大化问题,达到车载微型传感器自驱动化目的,基于小弯曲变形理论构建压电梁机电耦合模型,并搭建实验平台验证模型的正确性.基于该压电梁机电耦合模型,利用仿真方法获取压电梁输出功率与几何参数、材料特性、附加质量和振动频率之间关系.结合上海地铁5号线车辆测量数据分析得到轨道车辆低...     

用动态刚度法分析旋转变截面梁横向振动特性

通过引入动态刚度法分析旋转变截面梁的振动特性。首先基于欧拉-伯努利梁理论给出旋转变截面梁自由振动方程,然后通过动态刚度法推导该旋转梁的动态刚度矩阵,最后运用MATLAB中的fzero函数求解特征值方程得到旋转梁横向振动的固有频率和模态振型。数值计算结果证明了动态刚度法的精度和有效性,同时分析了轮毂半径、转速以及渐变系数对固有频率的影响。     

无砟轨道-箱梁结构振动传递及参数影响分析

随着高架桥梁在轨道交通中的广泛应用,轨道交通引起的桥梁结构振动与噪声问题越来越引起人们的关注。以常见的无砟轨道-箱梁结构为研究对象,考虑常用的扣件、桥梁支座及CA砂浆性能参数,基于轨道和桥梁振动理论建立钢轨-轨道板-CA砂浆层-基座-桥梁系统空间实体振动分析模型,以轨道和桥梁结构的位移导纳为考核指标,分析振动在无砟轨道-箱梁结构中的传递,研究各关键参数对振动衰减的影响。计算结果表明:高速列车运行引起的10 Hz以内的低频振动衰减较慢,10 Hz以上的振动随着频率的增加衰减速度逐渐加快;桥梁腹板10 Hz以内的横向振动幅值约为竖向振动的10%,10 Hz以上两者振动水平相当;桥梁支座对桥梁结构低频振动有一定减振作用,而弹性扣件对中高频的桥梁结构振动有减振作用,CA砂浆层刚度对桥梁结构的振动影响较小;低刚度扣件减小桥梁振动的同时,会加剧较高频率的钢轨振动。计算及分析结果可为高速铁路桥梁结构的减振降噪设计提供参考。     

两种桥梁振动控制方法的对比分析

介绍了两种多重调谐质量阻尼器（MTMD）的参数优化公式，并采用两种方法对车桥耦合振动中桥梁的竖向振动进行了控制。算例表明：其方法比现有的方法参数优化简单、减振率高，且方法中TMD参数相同，更便于设计生产。因此应采用该方法对桥梁竖向振动进行控制。     

含裂纹功能梯度材料梁结构的振动功率流特性分析

功能梯度材料(FGM)梁在工程中应用日益广泛,而梁中裂纹的存在改变了局部刚度等特性,使得功能梯度材料梁的振动和波传播特性发生改变。以含有张开型裂纹的功能梯度梁为对象分析其波传播和振动功率流特性。利用转动弹簧模型模拟裂纹,给出由裂纹引起的局部柔度表达式。建立无限长FGM欧拉梁结构的动力学方程,采用波动法结合梁的连续条件计算得到FGM欧拉梁的振动特性,对无缺陷梁和裂纹梁的输入功率流和传播功率流进行分析。讨论了材料梯度指数、激励频率、裂纹深度和裂纹位置等信息与输入功率流、传播功率流之间的关系,为基于振动功率流的裂纹FGM梁的损伤识别提供理论基础。     

苏州轨交1号线隧道内振动传递测试与分析

在苏州轨道交通1号线滨河路至塔园路上行隧道内,采用锤击法分别测试短轨枕断面（III型减振器扣件+短轨枕式整体道床）和长轨枕断面（普通扣件+长轨枕式整体道床）钢轨上激励点至钢轨、轨枕、道床以及隧道侧壁的振动传递。测试结果表明,扣件对于钢轨振动的衰减主要体现在小于100 Hz的低频段,而轨枕对频率大于100 Hz的振动有相对好的衰减效果。对比两个断面中钢轨测点至道床的传递函数,III型减振器扣件+短轨枕式整体道床具有更好的减振效果,在40 Hz～80 Hz频段的振动峰值衰减10 dB左右。     

水体作用下U形薄壁渡槽的振动特性

基于势流体理论和Westergaard理论建立两种考虑水体作用的U型薄壁渡槽有限元模型。在两种模型的基础上做模态分析,得到了不同水深下的U形薄壁渡槽的振动特性。对比分析两种模型不同水深下的模态计算结果,得到了：（1）随水深增加,渡槽结构固有频率降低;（2）Westergaard模型计算结果低于势流模型;（3）水深对同一振型频率的影响程度在两种模型中也是不同。在结果对比分析的基础上,提出一种改进的Westergaard模型（iWestergaard模型）,结果显示改进的Westergaard模型结果与势流结果吻合的很好。     

非局部理论的裂纹纳米谐振梁振动特性

以两端固支纳米谐振梁为研究对象,考虑非局部效应、非线性轴向拉伸应力以及裂纹建立其物理模型并推导出运动控制方程。将裂纹等效为连接两段纳米梁的扭转弹簧,研究非局部效应、裂纹参数对系统自由振动固有频率以及振动模态的影响。采用非线性静电力和非线性轴向拉伸应力模型,用多尺度的数值方法研究系统主谐波共振响应的非线性刚度硬化现象与非局部效应系数以及裂纹各参数的关系。数值结果表明,非局部效应系数越大,系统固有频率越小,主共振非线性强度越大。对于两端固支谐振梁系统,裂纹位置对系统固有频率以及主共振非线性强度的影响存在着三个分界点,分别是纳米梁中点以及距离两端四分之一的两个点。研究结果可在微纳米器件的设计、性能改进及健康检测中得到应用。     

《薄壁Timoshenko梁弯扭耦合振动的动态有限元法》

通过直接求解单对称均匀薄壁Timoshenko梁单元弯扭耦合振动的运动微分方程,推导了其精确的动态刚度矩阵。在本文研究中考虑了弯扭耦合、翘曲刚度、转动惯量和剪切变形的影响。针对某弯扭耦合的薄壁梁算例,应用本文推导的动态刚度矩阵,采用自动Muller法和结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,计算了该薄壁梁的固有特性,并讨论了翘曲刚度、剪切变形和转动惯量对该弯扭耦合薄壁梁的固有频率和模态形状的影响。数值结果验证了本文方法的精确性和有效性,并指出随着模态阶次的增加,剪切变形、转动惯量和翘曲刚度对薄壁梁的固有特性的影响更加显著。     

质量偏心Timoshenko梁的振动波特性研究

在研究船舶、潜艇等工程结构的低频振动时,通常可以将其简化为质量在截面内分布非均匀的梁结构,此质量偏心会引起弯-纵耦合。针对弯-纵耦合的质量偏心Timoshenko梁,推导了其截止频率的解析表达式;探讨了质量偏心对其纵振波、传播弯曲波及衰减弯曲波波数的影响规律;研究了三组波数下纵向/弯曲位移比随频率及质量偏心的变化。分析结果表明,质量偏心会降低梁的截止频率,偏心率越大,降低越明显;弯曲衰减波会在截止频率处转变为弯曲传播波;质量偏心使得非频散的纵向振动波转变为频散波;纵向振动与弯曲振动的耦合在质量偏心率或频率增大时,会进一步加强。     

运行列车所引发的振动噪声分析及其可用性探索

通过研究运行列车引发的振动噪声所具有的属性，提出利用该噪声的基本设想。在已经进行的两次探索性观测试验中，得到运行列车引发的地振动噪声可以通过天然地震观测台站和地震勘探常规地震仪接收到的证据，通过对数据的初步分析，进一步提出运行列车引发的地振动噪声可能成为铁路沿线浅层地震勘探震源的基本理由，并给出需要进一步深入研究的问题。