基于车-桥随机振动模型的简支梁桥墩顶垂向动反力特征研究EI北大核心CSCD

为研究高速铁路简支梁桥墩顶垂向动反力的随机性特征,基于虚拟激励法和有限元方法,建立了列车-轨道-桥梁耦合系统竖向随机振动模型。采用多体动力学理论建立具有二系悬挂的质量-弹簧-阻尼系统列车模型;采用有限元方法建立轨道-桥梁有限元模型;基于等效Hertz线性轮轨接触关系建立列车-轨道-桥梁耦合系统动力学方程。通过虚拟激励法将轨道高低不平顺转化为一系列简谐不平顺的叠加,将非平稳随机振动问题转化为确定性时间历程问题,推导了列车-轨道-桥梁耦合时变系统随机振动计算模型。基于该计算模型,以五跨32 m预应力混凝土简支箱梁桥为研究对象,研究了轨道不平顺和车速对墩顶垂向动反力随机特征的影响。结果表明:墩顶垂向动反力受列车轴重引起的确定性激励控制,轨道不平顺随机激励对其影响显著;不同轨道不平顺随机激励下墩顶动反力均方根(σ)不同,基于3σ法得到的限值(μ±3σ)相差较大;随着车速的增大,墩顶动反力均方根(σ)逐渐增大。     

基于车-桥随机振动模型的简支梁桥墩顶垂向动反力特征研究

为研究高速铁路简支梁桥墩顶垂向动反力的随机性特征,基于虚拟激励法和有限元方法,建立了列车-轨道-桥梁耦合系统竖向随机振动模型。采用多体动力学理论建立具有二系悬挂的质量-弹簧-阻尼系统列车模型;采用有限元方法建立轨道-桥梁有限元模型;基于等效Hertz线性轮轨接触关系建立列车-轨道-桥梁耦合系统动力学方程。通过虚拟激励法将轨道高低不平顺转化为一系列简谐不平顺的叠加,将非平稳随机振动问题转化为确定性时间历程问题,推导了列车-轨道-桥梁耦合时变系统随机振动计算模型。基于该计算模型,以五跨32 m预应力混凝土简支箱梁桥为研究对象,研究了轨道不平顺和车速对墩顶垂向动反力随机特征的影响。结果表明:墩顶垂向动反力受列车轴重引起的确定性激励控制,轨道不平顺随机激励对其影响显著;不同轨道不平顺随机激励下墩顶动反力均方根(σ)不同,基于3σ法得到的限值(μ±3σ)相差较大;随着车速的增大,墩顶动反力均方根(σ)逐渐增大。     

轨道支撑失效对钢弹簧浮置板动力响应特性的影响

基于ANSYS软件建立钢弹簧浮置板轨道三维有限元分析模型,研究扣件和隔振器失效对地铁轨道交通列车—钢弹簧浮置板系统的动力响应影响。研究表明:当列车行驶在扣件和隔振器失效的钢弹簧浮置板轨道上,钢轨垂向位移、加速度和临近扣件支点反力变化显著,且随着失效扣件和隔振器数目增加变化越明显;失效扣件和隔振器的中心在浮置板端部比其在浮置板中部的影响大。     

基于随机振动模型的重载铁路拱桥吊杆应力冲击系数研究

为研究重载列车动力荷载作用下大跨度中承式拱桥吊杆的应力冲击系数问题,提出了基于车-线-桥耦合动力学和虚拟激励法的吊杆随机动应力分析方法。采用多体动力学理论建立具有二系悬挂的质量-弹簧-阻尼系统车辆模型;采用有限元方法建立轨道-桥梁有限元模型;基于等效Hertz线性轮轨接触关系建立列车-轨道-桥梁耦合系统动力学方程。通过虚拟激励法将轨道不平顺转化为一系列竖向简谐不平顺的叠加,将非平稳随机振动问题转化为确定性的时间历程问题,建立了列车-轨道-桥梁耦合时变系统随机振动计算模型。基于该模型,以蒙华重载铁路某中承式拱桥为研究对象,研究了不同位置吊杆应力冲击系数的不均匀性,并分析了车速和轨道不平顺等级对吊杆应力冲击系数的影响规律。结果表明:吊杆动应力均方根峰值和应力冲击系数受轨道随机不平顺激励和车速的影响显著,并均随着轨道不平顺等级的降低而增大;吊杆最大动应力均值受车速影响较小。     

浮置板剪力铰对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑浮置板剪力铰连接作用下的列车-钢弹簧浮置板轨道空间耦合动力学模型。将浮置板视为弹性薄板,同时考虑剪力铰对浮置板的横向与垂向约束作用,分析了直线和曲线线路条件下剪力铰对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响。结果表明:浮置板剪力铰能明显改善轮轨动力相互作用,缓解列车通过浮置板接缝时轮轨横向力和垂向力产生的冲击;浮置板剪力铰对减小地铁列车的振动也有一定的改善作用,其对轮对振动的影响最大,对构架振动的影响次之,对车体振动的影响最小;地铁列车通过直线线路时,浮置板剪力铰对板端扣件受力的改善作用明显;地铁列车通过曲线线路时,剪力铰对浮置板的横向位移、水平面内转动角和钢弹簧横向力的改善作用比较明显,对扣件横向力影响较小。     

市域快线预制钢弹簧浮置板轨道振动特性研究

为探究钢弹簧浮置板轨道在市域快线中的适用性,有效模拟市域列车与浮置板轨道之间的动态相互作用,进行浮置板轨道结构的参数优化分析。基于车辆?轨道耦合动力学理论,建立 CRH6 动车?预制钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,该模型将车辆视为由车身、车架和轮组组成的多刚体系统,考虑了各部分的横向、纵向、侧滚、摇头和点头运动。将钢轨视为弹性点支承的伯努利?欧拉梁,根据实际扣件节点间距布置钢轨支撑点,考虑左右钢轨的垂向、侧向和转动自由度。将浮置板的垂直方向视为弹性地基上的双向弯曲弹性板,水平方向视为刚体,考虑其平移和转动自由。考虑混凝土基础为弹性基础上的双向弯曲弹性板。轮轨之间的法向力由赫兹非线性弹性接触理论确定,切向力由非线性蠕变理论确定。研究表明,传统上用于低速线路的预制钢弹簧浮置板式轨道实际上可以用于市域快线乃至市域快线领域,预制式钢弹簧浮置板轨道可以在满足列车运营安全的前提下达到显著的减振效果。侧置式隔振器的发明是提高浮置板轨道稳定性的新探索,相比传统单纯增加浮置板轨道厚度,进而提高轨道质量并提升其稳定性的做法,采用浮置板侧置隔振器无疑是经济而有效的。因此,该预制式钢弹簧浮置板轨道能够满足市域快线高速行车的要求,同时研究成果可为时速 160 km 预制钢弹簧浮置板道床的动力学设计提供支撑。     

考虑剪力铰作用的预制短型钢弹簧浮置板轨道动力响应研究

为了研究预制短型钢弹簧浮置板轨道的剪力铰力学参数合理设置问题,采用刚体动力学和有限元直接刚度法建立了车辆?轨道垂向耦合动力学模型,其中预制轨道板间的剪力铰力学作用采用抗弯和抗剪弹簧元件模拟.计算分析了剪力铰刚度、预制轨道板长度和钢弹簧刚度对车辆?浮置板轨道耦合系统动力响应的影响规律.结果表明:相较于现浇长板,预制短板在...     

基于浮置板轨道的轮轨振动仿真分析

计算分析浮置板参数对噪声和振动的关系,为浮置板参数的工程设计提供参考.以考虑不平顺度的轮轨振动模型为基础,采用ANSYS有限元分析软件,模拟列车动载荷作用下浮置板轨道结构的瞬态响应.分别对不同的浮置板隔振器刚度和阻尼进行计算分析,确定其参数对振动和噪声的影响.计算分析表明,浮置板轨道结构对减小振动和噪声十分有效,其刚度和阻尼参数对减小轨道振动和基础反力有不同的效果.     

浮置板轨道参数激励振动研究

浮置板轨道结构中,浮置板布置的周期性和不连续性导致轨道刚度的周期性变化。车辆行驶在浮置板轨道上时,轨道刚度的周期性变化会引起参数激励振动。为了研究该问题,将钢轨和浮置板视为模态梁,钢轨扣件和隔振器视为线性弹簧-阻尼器;车辆采用相邻车厢距离最近的两台转向架模型,建立了车辆-浮置板轨道耦合动力学模型。应用该模型分析了浮置板轨道参数激励振动的形成机理及影响因素,提出了减小参数激励振动的控制措施。计算结果表明:振动的频率成分主要为车轮通过浮置板的频率及其倍频;轮轨作用力随着车辆速度的提高而增加,随着隔振固有频率的减小而增加;调整浮置板下隔振器的位置和刚度可以降低参数激励振动引起的轮轨作用力。     

不同激励作用下钢弹簧浮置板轨道减振效果研究

为了研究不同激励作用下钢弹簧浮置板轨道的减振效果,该文建立了二维车辆-轨道耦合动力有限元模型,考虑了普通整体道床和钢弹簧浮置板轨道两种轨道型式,对比和分析了在冲击荷载、移动常力和移动列车荷载作用下,两种轨道结构的振动响应,并通过插入损失评价不同荷载作用下钢弹簧浮置板轨道的减振效果。结果表明:(1)与移动常力作用相比,冲击荷载会高估钢弹簧浮置板轨道的减振效果。(2)与移动单节车辆作用相比,冲击荷载在钢弹簧浮置板轨道自振频率以下频段会低估其减振效果,在125 Hz~400 Hz频段内会高估减振效果。     

动力吸振器在浮置板轨道低频振动控制中的应用

研究了动力吸振器对轮轨动力作用下浮置板轨道低频振动的控制特性。首先基于动力吸振器定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,并通过对浮置板轨道进行模态分析,确定了浮置板附加动力吸振器的最优刚度、最优阻尼和最优附加位置;然后对浮置板轨道进行简谐响应分析,探讨了控制浮置板各阶模态振动的动力吸振器在不同质量比下的吸振特性;最后基于车辆-轨道耦合动力学模型,研究了列车动荷载作用下动力吸振器对浮置板轨道低频振动的控制特性。结果表明：动力吸振器能够有效地吸收浮置板轨道的固有频率附近的低频振动能量;动力吸振器的质量比越大,其吸振效果越明显;合理的吸振器设置能够有效地控制列车动荷载下浮置板低频振动及对应频段钢弹簧支反力向下部基础的传递。     

地铁车辆-轨道耦合振动响应分析及轨道结构参数优化

针对在建杭州地铁3号线下穿某文教区工程,根据车辆-轨道耦合动力学理论,分别建立车辆-普通整体道床轨道耦合动力学模型和车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型.基于赫兹非线性接触关系,实现轮轨间的力平衡和位移协调.利用有限元软件ABAQUS,对两种轨道结构模型的动力响应进行计算,研究轮轨耦合动力相互作用机理和轨道振动源强特性...     

车桥耦合系统非平稳随机振动分析

研究了车桥耦合系统受轨道高低不平顺激励而产生的垂向非平稳随机振动。车辆采用具有两系悬挂10个自由度的四轮模型，桥梁采用Bernoulli—Euler梁单元有限元模型。系统激励源为轨道高低不平顺，假设其为均匀调制演变随机过程，并考虑车轮承受轨道激励相位差，采用虚拟激励法（PEM）将其精确地转化为一系列虚拟垂向简谐不平度的叠加，大大简化了运动方程的求解。同时采用精细积分法（PIM）的简单分解格式来进行数值积分计算，更真实地模拟了车辆与桥梁作用力在时间域和空间域上连续变化。最后通过两个算例给出了耦合系统响应统计值变化的时程曲线，分析了车辆运行速度和轨道不平顺对于系统随机响应的影响。数值计算表明：发展的虚拟激励一精细积分法能够高效精确地进行车桥耦合垂向系统的非平稳随机振动分析；车辆运行速度和轨道不平顺对系统随机振动都有较大影响。     

车桥耦合系统非平稳随机振动分析的虚拟激励-精细积分法

提出了考虑轨道高低不平顺时进行车桥耦合系统垂向非平稳随机振动分析的新方法.车辆采用具有两系悬挂10个自由度的四轮模型,桥梁采用Bernoulli-Euler梁单元有限元模型.将轨道高低不平顺假设为均匀调制演变随机过程,并考虑各车轮所受轨道随机激励之间的相位差,采用虚拟激励法(PEM)将轨道不平度精确地转化为一系列垂向简谐不平度的叠加,大大简化了运动方程的求解.在此基础上采用能够更真实地模拟车辆作用力在时间域和空间域上连续变化的精细积分法(PIM)来进行数值积分计算.数值算例中,将该方法与Monte Carlo方法进行了比较,并分析了轨道不平顺对于系统随机响应的影响.数值计算表明:发展的虚拟激励-精细积分法(PEM-PIM)能够高效精确地进行车桥耦合系统的垂向非平稳随机振动分析;轨道不平度级别对系统随机振动影响显著,且其一阶、二阶导数项对系统加速度随机响应的影响应予以考虑.     

阻尼钢弹簧浮置板轨道结构隔振性能分析

阻尼钢弹簧浮置板轨道结构已证实是一种有效的减振降噪轨道结构。为分析其隔振性能,通过建立阻尼钢弹簧浮置板轨道结构动力分析模型,对其进行谐响应分析,模拟列车运行时轮轨间实际冲击,研究其在简谐激励下的动力传递特性,并分别考虑浮置板长度、隔振器刚度和阻尼,以及不同载荷作用位置对浮置板隔振性能的影响。计算和分析对于今后轨道结构的进一步改善具有参考的价值。     

支撑形式对钢弹簧浮置板轨道减振性能的影响

为了改善钢弹簧浮置板轨道的减振性能,以现有液压弹簧阻尼器的布置形式为基础,设计了一种全新的液压弹簧阻尼器布置形式。利用ABAQUS数值模拟软件建立显式计算有限元模型,施加现场实测的定点轮轨力。通过MATLAB编程软件;分析两种布置形式下,轨道板和基底的振动加速度时程、三分之一倍频程以及Z振级。结果表明在列车轮轨力作用下,现有钢弹簧浮置板轨道的轨道板振动幅值大于新型钢弹簧浮置板轨道;同时,基底振动加速度三分之一倍频程和Z振级分析都证实了在低频区,新型钢弹簧浮置板轨道具有更好的减振效果。     

钢弹簧浮置板轨道减振效果实验室检验评价方法研究

钢弹簧浮置板轨道减振效果线上测试受线路、地质、车辆以及施工质量等外部因素影响,不同地段及不同厂家间直接对照时存在一定偏差;另外,线上测试存在一定的滞后性,测试开展时钢弹簧浮置板轨道已施工完成,即使发现效果不达标,也较难整改。针对这一现状探究在室内检测评价浮置板减振效果的方法,根据浮置板轨道的减振原理,将浮置板系统简化为单个隔振器与其在系统中承担质量组成的质量-弹簧-阻尼系统,通过测试隔振器刚度和阻尼比,计算传递损失并预估浮置板理论隔振效果。同等条件下的测量能客观反映不同隔振器和设计方案之间的差异,有助于在浮置板隔振器上线前提前了解其性能,降低不合格产品上线的风险。     

箱梁桥顶板对钢弹簧浮置板声辐射的影响

桥上铺设钢弹簧浮置板减振轨道虽然可以减弱桥梁结构的振动,但因自身振动有所增大,其振动噪声有可能反而加剧。此外我国轨道交通中主要采用混凝土桥,由于混凝土桥具有很大的刚性,导致桥上轨道结构的声辐射并非在自由声场中传播,进而影响轨道结构的声辐射。因此通过建立列车-钢弹簧浮置板减振轨道-箱梁桥耦合动力学模型和浮置板声学边界元模型,在计算桥上长钢弹簧浮置板振动声辐射特性的基础上,进一步考虑箱梁桥顶板的反射作用,对这一声学边界条件作用下的浮置板结构声辐射问题进行探究,相关研究则更加符合客观实际情况。研究结果表明混凝土桥对浮置板自身的声辐射有很大的影响;在研究轨道结构的声辐射问题时,有必要详细考虑混凝土桥对其声辐射的影响,这样才能更加准确地分析轨道结构的振动声辐射特性。     

高架钢弹簧浮置板轨道减振特性研究及参数优化

为探讨钢弹簧刚度和浮置板密度对高架钢弹簧浮置板轨道减振特性的影响规律,构建车辆-浮置板轨道-桥梁耦合模型,从时频域的角度对其进行分析,为钢弹簧浮置板轨道的设计参数的合理选择与组合优化提供理论依据。研究结果表明:在2 Hz~20 Hz范围内浮置板的振动水平随钢弹簧刚度的减小而增大。在16 Hz~125 Hz频率范围内,轨道中心线、翼缘、腹板、梁底的振动水平随着钢弹簧刚度的减小而减小,最大减幅达到13 dB。钢弹簧刚度的变化对传递函数的影响比较明显,弹簧刚度越小,浮置板到桥梁结构的竖向传递函数值越小。综合考虑,在设计浮置板轨道结构时建议将钢弹簧的刚度控制在6×106N/m~8×106N/m。浮置板密度的增大会在一定程度上减小系统的振动水平,实际设计中要合理设置浮置板密度,建议控制在2 800 kg/m3~3 200 kg/m3。     

基于SD振子理论的浮置板几何非线性隔振器研究

基于SD(smooth and discontinuous)振子几何非线性理论,根据城市轨道交通实际载荷条件和隔振需求,对钢弹簧浮置板隔振器的非线性刚度曲线及其浮置板轨道系统的动态性能进行优化设计,研发了一种浮置板用几何非线性隔振器,其同时具有良好的低频隔振性能和振动位移控制能力。对非线性隔振器进行了理论分析、结构参数设计、仿真分析及试验验证,研究表明:非线性隔振器对浮置板的振动位移具有较好的控制能力和低频隔振效果,单隔振器试验表明,相对传统的钢弹簧隔振器,非线性隔振器后浮置板的振动位移可以降低40%以上;隔振器支反力在4 Hz, 6 Hz, 8 Hz, 11 Hz, 15 Hz和20 Hz分别有3.25%,15.47%,18.77%,25.18%,31.27%和37.60%的振动衰减量。