摩擦摆隔震桥梁简化力学模型动力学分析

建立摩擦摆隔震桥梁简化力学模型,采用模态叠加法计算地震作用下的响应幅值。通过与SAP2000有限元实体模型仿真结果对比,研究简化力学模型的计算精度。结果表明:简化力学模型能够较为准确计算出隔震桥梁的响应幅值;El Centro地震波作用下,简化力学模型的分析结果基本能够满足工程精度要求;隔震桥梁主梁及桥墩地震响应分别以隔震模态、二阶模态为主。     

摩擦摆支座滑动位移量选取研究

以摩擦摆支座隔震桥梁为对象,采用有限元软件Midas Civil研究摩擦系数、滑道半径以及地震波周期、加速度幅值对摩擦摆支座滑动位移的影响,采用线性拟合方法得到滑动位移的优化计算公式,得到不同抗震区域滑动位移的选取方法。同时采用Matlab对隔震桥梁双自由度力学模型进行地震响应求解,研究滑动位移优化选取方法对桥梁地震响应中主梁位移响应幅值计算精度的影响。结果表明:地震波周期、加速度幅值对滑动位移的影响较大,而摩擦系数、滑道半径对滑动位移影响相对较小。将采用滑动位移传统推荐公式得到的主梁位移响应幅值与有限元法结果比较最大误差可达到67.6%;而采用优化后公式得到的最大误差可减小到10.1%以内,且各地震波作用下主梁位移响应幅值随摩擦系数变化的趋势与有限元法基本一致,同时优化后理论方法与有限元法得到的主梁位移响应曲线具有较好的重合度。     

连续梁桥钢阻尼滑板支座设计参数优化方法

钢阻尼复合滑板支座具有滑动耗能、自复位且经济性好的优点,但对其实际隔震性能还缺乏实桥试验验证,不同设计参数对其隔震率的影响规律也缺乏认识。针对这些问题,以一座两跨连续梁桥为研究对象,进行1∶5缩尺比模型的振动台试验,分析了墩顶位移、墩底剪力和桥面位移的减震率,比较了不同强度地震作用下高阻尼橡胶支座和钢阻尼滑板支座的隔震效果。结合有限元模型,分析了不同类型地震作用下屈服力、初始刚度、屈服刚度比对墩顶位移、墩底剪力和桥面位移减震率的影响规律,并分析了参数取值范围。结果表明,钢阻尼滑板支座的隔震效率在纵桥向略优于高阻尼橡胶支座,横桥向则接近高阻尼橡胶支座。 综合考虑桥面板位移、墩顶位移和墩顶剪力的减震率,可以确定出钢阻尼滑板支座的有效取值范围,对实桥的支座设计有借鉴作用。     

设置BRB的双柱式桥墩弹塑性地震反应分析

为研究防屈曲支撑（buckling-restrained brace,简称BRB）对双柱式桥墩抗震性能的影响,在双柱式桥墩间设置5种BRB布置方案以提高桥墩的抗侧刚度,并与原桥墩对比研究其抗震性能。首先,进行桥墩拟静力分析,通过与文献试验数据对比,验证数值模拟方法的正确性;其次,开展桥墩的抗震性能研究,通过对6种模型在不同地震动（0.2g,0.4g,0.8g）作用下的非线性时程分析,得到桥墩的损伤、内力和变形计算结果。经对比研究,提出一种最佳的BRB布置方案。研究表明：双柱式桥墩设置BRB可以有效提高桥墩的抗侧刚度,减小桥墩在地震作用下的墩顶位移响应,降低桥墩的损伤,减少钢筋屈服和桥墩塑性铰区域,大幅减小墩底弯矩,但不同的BRB设置有时会导致墩底剪力有所增加。     

新型高速铁路专用桥梁检测车的设计方案

为了解决新型高速铁路桥梁取消人行便道、受"天窗"时间限制等传统桥梁检测维护设备不能达到检测要求的问题,提出了一种新型高速铁路专用桥梁检测车的机械设计方案。该检测车设计采用门式梁固联、导向梁和驱动梁交替行走结构形式;利用图像采集技术实施对高铁桥梁下表面及桥墩的检测;可在不影响列车正常通行的情况下,实现自动过墩。最后,用Solidworks完成了三维建模及动画仿真,并进行了虚拟样机试验。研究结果表明,该设计方案是可行的,为更多高速铁路桥梁检测维护设备研发提供了借鉴和参考。     

摩擦摆支座动力响应及隔震性能分析

为了对桥梁抗震性能进行研究,建立摩擦摆支座有限元动力分析模型,选用典型地震波输入进行时程分析,对地震波作用下摩擦摆支座性能参数进行定量分析。计算结果表明:Abaqus仿真模拟与理论分析结果吻合较好,由得到的滞回曲线可知,摩擦摆具有良好的滞回耗能性能;最大水平位移与地震波加速度峰值近似为线性关系,需安装限位装置并控制残余位移;最大水平位移随着摩擦因数的增大而减小,当μ≤0.06时,滑道半径对最大水平位移有较大影响;摩擦摆初始状态位于最大残余位移处时,最大水平位移随着摩擦因数的增大而快速增加,且滑道半径越大,增长幅度越大;在满足摩擦摆最大位移要求、避免粘滞现象发生的前提下,7度、8度、9度设防区域最佳摩擦因数范围为0.02~0.03、0.04~0.05、0.06~0.07。     

曲线梁桥近断层地震响应分析

由于近断层地震动的脉冲特性,结构在近断层地震下的动力响应与远场地震动下的情况存在较大不同。首先,选取了近断层脉冲地震动、近断层非脉冲地震动及远场地震动3类地震动记录,采用方差分析方法研究了3类地震动特征参数的差异;其次,以一典型的两跨曲线梁桥为工程案例,建立了多尺度有限元模型,对桥梁在3类不同地震动下的非线性时程响应分析进行了数值模拟,从主梁响应、桥墩响应和支座响应等方面进行分析比较;最后,研究了近断层地震动对于曲线梁桥地震响应的影响以及地震动强度指标与曲线梁桥最大响应的相关性。研究结果表明:3类地震动的峰值地面位移和峰值速度与峰值加速度的比值具有明显的差异;曲线梁桥在具有速度脉冲特性的近断层地震动作用下地震响应剧烈,易引起主梁落梁、墩柱及支座破坏;地震动强度指标峰值地面速度(peak ground velocity,简称PGV)/峰值地面位移(peak ground displacement,简称PGD)与位移最大响应的相关性最好,位移型地震动强度指标PGD和均方根位移drms与弯矩最大响应的相关性最好。     

高阻尼橡胶支座隔震桥梁简化力学模型动力分析

高阻尼橡胶支座作为隔震支座具备承载能力、恢复力和阻尼(吸收能量)三位一体的功能。以某一采用高阻尼橡胶支座进行隔震的规则连续梁桥为例,进行简化力学模型动力学分析。利用Opensees软件建立双质点简化力学模型,并与SAP2000有限元分析模型进行对比,研究简化力学模型的可行性与计算精度。结果表明:简化力学模型可以较为精确地计算出隔震桥梁的响应幅值;在相同地震波作用下,简化力学分析模型的分析结果基本能够满足工程精度要求并与有限元分析模型结果较为接近。     

中塔对大跨度三塔连跨悬索桥抖振性能的影响

为探讨中塔对大跨度三塔连跨悬索桥抖振性能的影响,以世界第一大跨度三塔连跨悬索桥——泰州大桥为研究对象,通过基于有限元的结构非线性时域分析,研究了中塔型式和中塔纵向刚度对大跨度三塔连跨悬索桥风致抖振响应的影响。实测模态参数与计算模态参数的对比验证了所建立有限元模型的准确性。研究结果表明:相比人型中塔,A型中塔可显著降低主梁扭转抖振位移并削弱竖向与横向位移响应;主梁侧向抖振位移几乎不受中塔纵向刚度的影响,增加中塔纵向刚度可以一定程度上抑制主梁竖向及扭转抖振位移响应;中塔纵向刚度变化对边塔平动抖振位移影响微弱,在一定范围内增加中塔纵向刚度可以显著降低中塔顺桥向平动和扭转抖振位移,同时在略微增加边塔扭转抖振位移的前提下可以一定程度上抑制中塔横桥向平动抖振位移。     

连续多桥墩沉降与高速列车动态特性间的定量关系研究

高速铁路桥梁施工及运营过程中难免出现桥墩沉降,可能会导致列车通过时的异常振动.针对高速铁路连续桥墩沉降这一实际问题,探讨多桥墩沉降条件下轨道结构变形过程,并推导连续多桥墩沉降下钢轨变形方程.基于车辆-轨道耦合动力学,建立考虑多桥墩沉降的高速列车-轨道-桥梁动力学模型,并研究连续多桥墩沉降下高速列车的动态特性,探明列车动态特性变化情况与多桥墩沉降量之间的定量数学关系式.研究表明,连续多桥墩沉降会增大列车的振动;连续多桥墩沉降引起的钢轨附加变形对里程的二阶导数与车辆动态特性之间存在线性关系,该关系可用于简化传统车轨桥研究中的相关计算过程;基于列车运行安全平稳性指标,桥墩不均匀沉降应控制在26.3 mm以内,表明我国高速铁路中5 mm的桥墩沉降标准具有较高的安全余量.     

Effects of Loadings on Friction and Wear Behaviors of Cathodic Arc Ion Plating AlTiN Coating at High Temperature

A layer of AlTiN coating was deposited on YT14 cutting tool by cathodic arc ion plating (CAIP) and the coefficients of friction (COFs) of the AlTiN coating under different loads at a temperature of 800°C were investigated with a high-temperature wear tester. The wear morphologies, chemical elements, and phases of the coating after wear were analyzed with scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectrometry (EDS), and X-ray diffraction (XRD), respectively, and the contours of wear tracks were investigated with a comprehensive measurement tester for material surface performance. The effects of loads on COFs and wear resistance of the AlTiN coating were analyzed, and the wear mechanism of the AlTiN coating at high temperature is discussed. The results show that the mixed oxides of Al₂O₃ and TiO₂ are produced under high temperature to improve the lubrication performance and wear resistance of the AlTiN coating. The average COFs of the coating under loads of 5, 7, and 9 N are 0.6495, 0.5897, and 0.3898, respectively. The COFs of the coating decrease with increasing load; as a result, the AlTiN coating is suitable for heavy loads at high temperature. The friction and wear mechanisms of the AlTiN coating are primarily composed of oxidation wear and abrasive wear, accompanied by fatigue wear and adhesive wear.     

Effect of two different rubbers as secondary binders on the friction and wear characteristics of non-asbestos organic (NAO) brake friction materials

Binder provides structural integrity by holding all ingredients in the composition of a brake friction material. The modified binders have played a major role in improving the frictional performance and thermal resistance of the friction material. The present research work evaluates the influence of secondary binders (Nitrile Butadiene rubber (NBR) and Styrene Butadiene rubber (SBR)) on the tribological performance of the friction material using a full-scale inertia brake dynamometer as per JASO C406 standard. Three brake pads were developed by varying the type and composition of secondary rubber binder (5%NBR, 5%SBR and 2.5%NBR + 2.5%SBR) with rest of the ingredients kept unaltered. It was found that the quantity of SBR rubber powder present as secondary binder improved dry and wet recovery. Friction coefficient (μ) exhibited better stability during the fade with the inclusion of both the rubber powders. The friction material with the inclusion of both the NBR and SBR rubber powders exhibited overall better performance than compared to the inclusion of only one secondary binder rubber in the composition. The worn-out surface of the developed friction materials and the counter discs were characterised using FESEM.     

考虑关键非线性特征的集成式电子液压制动系统主缸液压力精确控制

针对具有"电动机+减速机构"形式的解耦式电子液压制动系统（Electro-hydraulic brake system,EHB）展开研究。针对主缸液压力控制过程中出现的爬行、死区和振荡等问题,设计一种考虑关键非线性特征（摩擦、PV特性）的主缸液压力精确控制算法。基于LuGre模型对摩擦非线性进行补偿,设计了压力自适应控制器。针对压力闭环控制在系统死区工作点处出现的问题,采用基于死区补偿的非线性控制方法。结合以上两种方法的优点,设计基于LuGre摩擦模型前馈补偿和死区补偿的联合控制方法,能够在考虑系统关键非线性特征的基础上,精确控制主缸液压力。通过联合仿真（AMESim&Simulink）和硬件在环测试对比验证各闭环控制系统的时频域响应特性,联合控制方法提高了系统的压力动态跟踪精度和响应速度。     

聚醚醚酮多元复合材料的摩擦学研究

采用模压法制备了PEEK多元复合材料,用环-块磨损实验机对复合材料进行了磨损试验,用SEM方法对复合材料的磨损表面进行了观察和分析,并利用DSC、红外光谱（FTIR）和SEM分析方法对复合材料的磨屑进行了研究,并探讨了复合材料的磨损机制。结果表明：与PEEK相比,复合材料具有优良的摩擦学性能;PEEK复合材料磨屑的熔点比相应模压材料有所降低,且磨屑的熔限比相应的模压材料有所加宽;随着Ekonol含量的增加,复合材料的磨损机制发生了由粘着磨损为主向疲劳磨损为主的转变;通过磨屑形貌分析和对磨损表面的观察与分析所得的关于复合材料的磨损机制的结论是一致的。     

石墨填充聚醚酰亚胺摩擦学性能分析

在M-200摩擦试验机上进行不同含量石墨填充PEI基复合材料的摩擦磨损试验,利用扫描电子显微镜分析了断口和磨损表面的显微结构,并分析了磨损机制。考察了表面硬度随含量填充量的变化规律。试验结果表明:石墨在复合材料基体中呈片状结构,磨损过程中易形成转移膜,从而改善了摩擦磨损情况,其中填充质量分数10%石墨的PEI基复合材料摩擦因数最低,填充30%石墨的复合材料磨损率最低,材料表面硬度随着填充石墨含量的增加而降低,石墨填充量在5%～30%之间表面硬度下降平缓,当填充量超过30%时,材料表面硬度下降剧烈。     

基于人工神经网络的摩擦材料性能评价和预测

基于3种典型的人工神经网络,即Elman(反馈)、BP(前馈)和RBF(径向),分别建立3种制动摩擦材料摩擦性能的评价预测模型,采用[240,8]的数据样本对3种模型进行训练,同时采用贝叶斯正则化训练函数进一步优化。结果表明,Elman网络预测实验数据的精度最高,能较为准确地预测摩擦材料的升温摩擦因数和降温摩擦因数,尤其适用于磨料含量较低的情况。     

Comparative wear in titanium diboride coatings on steel using high energy density processes

A comparison between the tribological properties of titanium diboride (TiB₂) deposited using high energy density processes such as Pulse Electrode Surfacing (PES) and Laser Surface Engineering (LSE) has been made. The wear resistance of TiB₂ coated surface is higher than AISI 1010 steel. The wear resistance of the LSE coated TiB₂ coating is even better than that of the PES deposited TiB₂ coating. Coefficient of friction values for LSE coated TiB₂ coating (μ=0.6) are lower than PES deposited TiB₂ coating (μ=0.7). Wear occurs in PES deposited TiB₂ coating by brittle fracture and attrition type mechanisms whereas mixed adhesive–abrasive wear in LSE deposited TiB₂ coating occurs by localized plastic deformation of the soft matrix phase Fe from a “composite” layer on the surface.     

不锈钢纤维/碳纤维混杂增强聚醚醚酮基摩擦材料的制备与性能

研究了不锈钢纤维/碳纤维混杂增强聚醚醚酮(PEEK)树脂基半金属摩擦材料的配比、成型工艺对其摩擦磨损性能的影响,对其摩擦磨损机理进行了初步分析.结果表明:制备摩擦材料的优化工艺条件是热压温度320 ℃、压力35 MPa、保温时间3 min/mm,固化处理工艺为80 ℃×30 min 150 ℃×30 min 270 ℃×30 min 320 ℃×180 min;最佳配方为19.63%的PEEK、7.57%的不锈钢纤维、10.97%的碳纤维、6.51%的腰果壳油粉及55.33%的填料.经优化工艺制备的摩擦材料的摩擦因数稳定,磨损率低,摩擦材料的磨损在低温区主要属于磨粒磨损,在较高温度时属于粘着磨损和磨粒磨损的共同作用.     

厚板铝合金搅拌摩擦焊温度场的检测与分析

在焊缝中埋入热电偶,检测了厚板铝合金搅拌摩擦焊缝不同特征点的温度变化曲线,获得了厚板铝合金搅拌摩擦焊温度分布的规律。检测结果表明:旋转速度ω和焊接速度v的比值(ω/v)越大,特征点峰值温度越高,同一位置前进侧的特征点峰值温度高于后退侧15℃左右。焊缝厚度方向温度曲线在升温过程中,65 s前曲线的斜率基本相同,65 s后上表面的曲线斜率最大。在降温过程中,上表面的降温快于下表面,130 s后上表面温度低于下表面。