移动荷载下轨道-隧道-地基振动响应分析

地铁列车运行引起的环境振动日益引起人们的关注。通过引入位移势函数和傅里叶变换,推导了移动荷载作用下轨道 隧道 地基纵向二维耦合模型的振动响应解答,并与一维地基梁模型的响应结果进行比较。研究表明,将隧道考虑为Timoshenko梁时得到的隧道挠度及地层位移要比Euler梁时的大,但系统的临界速度会有所降低。隧道埋深越大,隧道和地基变形越小;反之,下卧地层越厚,隧道和地基的振动位移越大。浮置板轨道可以有效减少传递至隧道上的振动荷载幅值,但对隧道和地层位移的影响不大。一维轨道 隧道 地基模型可以用来确定隧道内的振动荷载,但是两者的挠度计算结果只在列车速度及地基厚度不大时较为接近,否则差异较大。研究对于地铁振动响应的理论分析具有一定的参考价值。     

由梁的响应识别移动荷载

介绍了由梁的响应识别梁上移动荷移的方法，讨论了测试误差、荷载数、荷间隔、荷载移动速度等因素对识别结果的影响。比较了单点多时，同时多点的位移响应或应变响应用以识别移动荷载的效果。     

移动荷载作用下夹层板的动力学响应仿真分析

应用层合板理论将夹层板等效为一个正交各向异性板,分别计算出了实体金属夹芯、金属泡沫夹芯、正六边形蜂窝夹芯、金属波纹板夹芯四种夹层板的等效刚度,再应用正交各向异性板理论和模态叠加原理分析了这四种夹层板在移动荷载作用下的动力学响应,并对此做了比较分析,得出移动荷载作用下正六边形蜂窝夹层板相对于其它三种夹层板更具有优越性,而实体金属夹层板是这四种夹层板中承载能力最差的.所得结果对桥梁,公路的建设具有一定的指导意义.     

由正交异性板的响应识别移动荷载

建立移动荷载引起的正交异性板动力响应的计算公式,当移动荷载为常荷载时,板的响应可精确解得。在此分析基础上导出板上多个移动荷载与板的多点响应或单点多时刻响应的关系,由最小的二乘法识别移动荷载。通过算例讨论了响应的测试误差对识别结果的影响。     

移动荷载识别的响应曲线滑动拟合法

在移动荷载引起的梁振动响应曲线的开始部分取一小段，用选定的函数对这一段曲线进行拟合，保持拟合数据长度不变，向后移动若干时刻，用同样的函数进行拟合，以此类推向后滑动。小的分段长度，可以保证对原信号的拟合精度，分段点处重复覆盖数据拟合可以保持原信号的连续特性。模型实验表明，滑动拟合法识别移动荷载的效果较好。     

过载条件下铝蜂窝天线结构静动态响应研究

采用正交各向异性蜂窝夹层板的一种高精度等效分析方法,在MSC-PATRAN平台下建立某铝蜂窝夹层板天线结构有限元模型。重点分析了蜂窝夹层板尺寸对天线板极限承载能力的影响,并用大质量法分析其受冲击载荷的响应结果,得出了适合实际发射要求的结构设计参数,为天线结构优化设计提供工程依据。     

复杂结构动态响应相关性分析方法研究

有限元分析方法和试验模态分析方法是结构动态分析的两个重要手段,对于构造或边界条件复杂的结构进行动态分析时,需要将两种方法结合起来,使得有限元模型和试验模型能够相互验证和补充。要达到这一目的就需要对有限元模型和试验模型的相关性进行分析和计算。目前国内外主要限于两种模型在频域范围内对模态参数的相关性进行比较分析。从时域角度出发,利用时序分析理论中基于0-1序列的互相关分析理论,对两种模型的时域响应的相关性进行了研究。首先从理论上论证了响应数据序列满足时序分析理论所要求的条件特征,其次在应用上给出了响应相关分析的具体计算方法。并以复杂结构为算例对这种方法的特点、适用性和可行性进行了探讨。     

预应力梁结构响应的简要荷载试验法研究

根据简要荷载试验方法,对预应力梁的结构响应进行了研究。采用单级加载的方法,以加载车在主梁控制截面处事先确定的几个停留位置,测量相应的各主梁控制截面处的挠度。依据实测主梁挠度,根据相关数理统计理论,建立主梁的荷载-挠度方程,对主梁在预期较高荷载标准车辆或重车作用下的跨中最大挠度进行预测,从而完成对钢筋混凝土简支梁桥的承载能力预测工作。通过与实桥试验数据对比可知,简要静荷载试验方法能对预应力混凝土梁在正常使用阶段的行为进行有效预测,易于在实际工程中的应用。     

动态载荷激励下的床身结构动力学响应

考虑到数控加工系统的振动及噪声问题,建立了数控机床床身的参数化有限元模型,在模态分析基础上计算固有频率与振动幅值。以简谐力作为动态激振载荷,在350-800Hz频率段进行扫频计算,获得了位移—频率和应力—频率曲线,确定了各阶共振频率点的响应幅值,谐振响应结果表明第2阶模态频率对床身的危害性较大。采用Full方法(完全法)对床身进行瞬态动力学分析,计算出了时域下的位移和加速度响应曲线,分析了机床启动阶段冲击载荷对床身的激励影响。在参数化建模基础上实现了床身结构动力学优化,使其动力学性能得到有效改进,有利于数控机床的高速化发展。     

基于移动载荷法和移动质量法的起重机主梁动态响应研究

为了研究移动载荷法和移动质量法在求解挠度响应时的差异,利用移动载荷法和移动质量法分别建立龙门起重机主梁的动力学方程,通过有限元方法模拟主梁的动态响应,并与数值结果进行对比,验证动力学方程的正确性。在小车运行速度加快、吊载质量增大的情况下,通过两种方法求取主梁的最大挠度,并进行对比。结果表明:对于龙门起重机而言,梁跨中的最大挠度并非发生在小车运动到跨中位置时,而是在跨中位置的前后;当小车运行速度加快、吊载质量增大时,通过两种方法得到的主梁最大挠度偏差很小。通过研究确认,在工程实际中,可以采用较为简单的移动载荷法分析起重机主梁的动态响应。     

基于结构动态响应的载荷识别研究

研究了基于系统动态响应来识别结构输入力的求解方法。分析实例悬臂梁结构的结构动力学方程以及物理数学方程,通过MATLAB仿真算例进行特征值求解,模态响应以及动态响应研究,对比有限元分析获得结构的响应结果;利用系统动态响应进行傅里叶变换和傅里叶逆变换得到输入力的时域形式,对获得的载荷结果进行识别算法分析,并且对比结构的输入力载荷。识别结果表明,这种方法对于正弦波输入力具有良好的识别效果,误差达到0.09%,能为二维结构,甚至三维结构载荷识别提供参考。     

不同冲击速度下的柱胞单元动态吸能性能研究

设计了一种半椭球壳体柱胞单元,采用深拉成型工艺制备了柱胞单元。然后通过Hopkinson动态冲击试验对薄壁椭球壳柱胞单元吸能值量化,研究了不同材质的柱胞单元在不同冲击速度下的吸能特性。研究表明:通过能量的计算,柱胞单元具有良好的缓冲吸能效果,能够吸收基于冲击荷载20%至30%的能量。当冲击速度较大时,柱胞变形较完全,相同几何参数下,不锈钢材质柱胞吸收的能量大于紫铜材质柱胞。当冲击速度较小时,不锈钢材质柱胞变形距离短,耗散能量有限,而紫铜材质柱胞变形更充分,吸收更多的能量。对于紫铜材质的柱胞单元,无论冲击速度,壁厚越厚其吸能效果越好;而对于不锈钢材质柱胞单元,冲击速度小于8m/s时,壁厚越薄吸能越多,当冲击速度增大到11m/s后,壁厚越大吸能效果越好。     

多边形激励下动车组动态响应研究

首先基于刚柔耦合理论,考虑了轮对、轴箱和构架的柔性,建立了动车组车辆刚柔耦合动力学模型;然后又通过模态叠加法建立了轨道的动力学模型,从而发展成车线-刚柔耦合动力学模型。随后,在车轮上施加20阶理想多边形,研究了300 km/h下轴箱垂向加速度、轮轨垂向力和轮轴弯曲应力的响应,结果表明:轴箱垂向加速度和轮轨垂向力以577 Hz的多边形通过频率波动,而轮轴弯曲应力主频为28.8Hz的车轮转频,在此基础上,叠加了多边形的通过频率,因此多边形的通过频率577 Hz会分岔为548 Hz和605 Hz两个频率。通过对不同速度和不同多边形幅值下车辆响应的研究可以得到以下结论:随着速度和多边形幅值的增大,轮轨力最大值总体上呈现增大趋势。从轮轨力最小值上看:速度越大,多边形幅值越大,则更容易发生轮轨分离。当车轮多边形通过频率与轮轨耦合共振频率耦合,会引起轮轨垂向力的增大。当与轴箱自身模态频率耦合时会导致轴箱加速度的变大。轮轴应力则主要受到轮轨耦合共振模态以及轮轴自身的弯曲模态影响。     

地铁列车-嵌入式轨道系统动力学性能研究Ⅲ:嵌入式轨道与普通轨道动态响应对比分析

嵌入式轨道在地铁中应用具有减振降噪、抑制波磨等优势,目前对嵌入式轨道的动力学性能有一定的认知,然而嵌入式轨道和普通轨道系统在动力学性能上的量化差异有待进一步探明。基于首次在我国某地铁铺设的嵌入式连续支承无砟轨道试验线,在相同条件下开展地铁列车-嵌入式轨道系统和地铁列车-普通轨道系统关键位置动态振动特性测试,对比分析列车通过嵌入式轨道和普通轨道的轨道固有振动特性差异、运行稳定性和平稳性差异、钢轨和车辆关键位置的振动特性差异,评价嵌入式轨道在地铁中的实际应用效果。研究成果为地铁嵌入式轨道的实际运用提供了依据和参考。     

低速冲击下杉木-复合材料夹层结构的动态响应试验研究

杉木作为天然植物材料,与传统金属材料相比,其比重更轻,并且具有绿色环保无污染可回收等优点。基于此,将杉木材料作为研究对象,试验研究了杉木-复合材料夹层结构的低速冲击动态响应特性,并与传统金属材料夹层结构的动态能量吸收进行了对比分析;同时还研究了不同冲击能量和夹芯材料厚度对夹层结构形变及其吸能特性的影响。利用高倍显微镜观察了杉木夹芯变形后的微观形貌,进一步分析了芯材破坏模式对结构吸能特性的影响,以及微观变形与宏观破坏的联系,旨在推动绿色、环保材料在载体设计及其在多学科领域的应用。     

风载作用下JQ900A型架桥机结构动态响应特性研究

鉴于架桥机发生前倾或侧翻事故较多,对其在风载作用下的结构动态响应进行了研究.首先构建了具有指数风廓线和Kaimal脉动风功率谱特性的风场模型,并采用FFT技术得到自然风风载时程曲线;其次,针对风载情况下JQ900A型架桥机架桥的4种危险工况,建立了架桥机的有限元模型,通过静力学分析进一步确定危险工况下整机的危险部位;最...     

不同轨道结构形式下地铁车辆部件振动及应力分析

国内某地铁线路主要存在普通短轨枕整体道床、12 mm弹性短轨枕整体道床、18 mm弹性短轨枕整体道床三种轨道结构形式,为了研究不同轨道结构形式下车辆部件振动加速度及应力的差异,通过现场测试和数值分析的方法,对该地铁车辆部件运行状态及特性进行调查。通过对比测试数据发现,在该线路普通短轨枕整体道床上运行时,车辆部件振动加速度RMS值、一系钢弹簧应力RMS值均超过其他两种轨道结构形式上测试结果的两倍,在不同轨道结构形式下,车辆部件振动加速度、一系钢弹簧应力测试数据的特征峰值频率均与对应区段轨道表面不平顺通过频率吻合。基于线性累计损伤理论,结合一系钢弹簧应力测试结果计算弹簧疲劳寿命发现,在12 mm和18 mm弹性短轨枕整体道床线路运行时,弹簧的疲劳寿命达到设计要求;在该线路普通弹性短轨枕整体道床线路运行时的弹簧疲劳寿命远小于其他两种轨道结构形式下的计算结果,仅9.77万公里。     

侧向冲击荷载作用下钢丝绳动力响应试验

为研究侧向冲击荷载作用下钢丝绳的动力响应,分别对单根钢丝绳和交叉钢丝绳网进行了抗冲击试验,并考虑了其表面状态及材质、直径和连接方式对钢丝绳抗冲击性影响。结合材料的拉伸试验,分析了钢丝绳的静力和动力性能。结果表明,不同的表面状态及材质只影响钢丝绳弹性阶段的变形能力,对钢丝绳承载能力影响不大。钢丝绳表面状态及材质仅对静力拉伸下的弹性模量有影响,对钢丝绳抗冲击性能的影响不大;针对单根钢丝绳冲击试验工况,相同冲击物质量冲击时,直径越小的钢丝绳中部应变值较大,直径越大的钢丝绳端部应变值较大;卡扣连接的钢丝绳经历了由松弛状态到绷紧状态再到受荷状态三个不同的阶段,螺栓连接的钢丝绳直接从绷紧状态开始到受荷状态,卡扣连接钢丝绳变形比螺栓连接的大,受强冲击荷载时容易失效,连接可靠度低。     

移动荷载作用下时变简支钢桥损伤识别

针对移动荷载作用下桥梁结构振动响应信号呈现非平稳性的特点,构建新的一阶本征函数自功率谱最大值变化比和一阶本征函数小波能量变化率两个指标来识别时变结构的损伤。首先,采用小波阀值去噪法对时变结构响应信号进行去噪处理;其次,运用解析模态分解定理提取响应信号的一阶本征函数并构建一阶本征函数自功率谱最大值变化比指标来识别结构的损伤位置,在识别结构损伤位置的基础上,将损伤位置处的加速度响应信号的一阶和二阶本征函数进行线性混叠后,采用快速独立成分分析进行分离,得到更有效的一阶本征函数;最后,基于连续小波变换和时间窗思想,提出一阶本征函数小波能量变化率指标来预测结构的时变损伤。通过移动荷载作用下的时变简支钢桥试验验证所提出的损伤指标,研究结果表明,提出的两个指标能够有效识别结构的损伤位置和时变损伤。     

应用有限元方法研究铁路车辆/轨道耦合系统在竖向冲击载荷作用下的动态响应

利用有限元方法研究铁路车辆/轨道动态耦合系统问题,得到车轮和轨道之间的竖向动态接触力与静载之间的关系.作为应用实例,对我国C61型运煤货车,考虑车辆/轨道系统各结构的真实几何形状和边界条件,建立包括车辆和轨道系统的有限元模型,应用大型非线性动力分析程序LS-DYNA模拟车辆通过轨道错牙接头时的轮/轨动态响应过程.通过分析发现,车轮和轨道之间的竖向动态接触力大约是静轮载的2倍,与已有的现场试验结果基本吻合.验证车辆/轨道系统有限元模型的正确性.进一步得到侧向架、钢轨和轨枕的加速度响应,以及轮轨接触区内的弹性应力场.