侧风环境下列车高速交会流固耦合振动安全性分析

为了防止侧风环境下列车高速交会压力波对车体结构造成破坏,以及气动载荷冲击对运行安全性的影响,综合计算流体动力学的有限体积法和列车多体系统动力学仿真方法,从流固耦合关系出发,同时对侧风环境下列车高速交会的外流场和列车系统动力响应进行分析,从而考察会车压力波、气动冲击、车体响应和列车运行安全性。计算结果表明：背风侧列车会车压力波头波大于迎风侧列车,而尾波则小于迎风侧列车,最大压力波动出现在背风侧列车。侧风环境下列车高速交会时,彼此具有挡风作用,安全性指标出现波动,列车运行安全性短时间内有所改善。     

地震作用下高速列车与桥梁耦合振动分析

摘要: 为了研究地震作用下高速列车与桥梁耦合振动特性,通过分析JR300系列轮轨高速列车与高架桥在地震作用下的耦合振动,对轨道不平顺、不同地震波对耦合振动响应的影响进行比较研究。结果表明：轨道竖向不平顺会加大车体振动竖向加速度,在地震作用下,车体加速度会接近或超过规定限值;桥梁在地震与列车作用下,考虑轨道的竖向不平顺对桥梁的竖向响应影响较小;不同地震波激励对车桥振动响应影响有较大不同。     

地震作用下隧道-列车系统动力响应及安全性分析

针对土体-隧道-列车动力相互作用的特点,建立地震作用下隧道-列车系统的三维有限元模型,运用基于接触负载均衡的显式并行计算方法求解计算。研究了地震作用下隧道-列车系统的动力响应,并对地铁列车运行安全性进行了评价,分析了行车速度及地震强度对地铁运行安全性的影响。数值分析结果表明：地震作用对隧道-列车系统动力响应影响显著,地震作用使系统动力响应明显增大,并使地铁运行安全性及平稳性大大降低;列车动载荷对地震作用下的隧道系统动力响应影响较小;无震工况下,地铁运行安全指标对车速变化并不敏感;地震工况下,随着地震强度的增大,车速对地铁运行安全性的影响逐渐增大。     

基于复阻尼理论的流固耦合地震时程响应研究

在粘滞阻尼系统的地震动力学方程基础上,建立了基于应力相关复阻尼理论的流固耦合地震动力学方程。根据复阻尼系统求解理论,利用Newmark-β积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的流固耦合三维有限元程序。以深水薄壁钢管墩柱为例,计算了两种阻尼模型的流固耦合地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子;对比分析了无水和有水两种工况下的动力响应,并研究了此两种阻尼模型地震响应的差异。研究表明,在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,应力相关复阻尼方法计算的结构震动响应数值远大于传统的Rayleigh阻尼模型,考虑流固耦合效应时,结构的震动响应是不考虑此效应时的1.5～2倍多;损耗因子随着位移的增大而增大,并且考虑流固耦合效应时的损耗因子明显大于不考虑此效应的损耗因子值。     

30t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应研究

为研究多跨30 t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,采用经过验证的梁轨相互作用模拟方法,建立了考虑桩-土共同作用、桥墩弹塑性变形、滑动支座摩阻力、线路非线性阻力的多跨重载铁路简支梁桥与双线有砟轨道相互作用仿真模型,揭示了一致激励和行波效应下重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,探讨了路基段钢轨长度、简支梁跨数、跨度、线路纵向阻力形式、滑动支座摩阻系数等设计参数的影响,分析了温度、列车制动和地震耦合作用下系统的受力特征。研究表明:当地形地质条件相差不大时,简支梁跨数可简化为11跨、路基段钢轨长度可取为150 m;线路阻力减小时,梁体间、梁体与桥台间可能出现碰撞现象甚至发生落梁;纵向一致激励下,钢轨应力包络图呈\"双菱形\",其最大值出现在桥台附近,而梁缝附近梁轨相对位移较大,易发生动力失稳;行波效应下,系统受力和变形规律发生显著改变,即使对于跨度较小的简支梁桥,也应考虑行波效应的影响;温度和列车制动作用将进一步增大轨道结构在地震中发生动力失稳的可能性。     

流冰撞击力作用下列车–简支梁桥耦合振动分析

建立撞击荷载作用下列车‐桥梁系统动力分析模型,将现场实测的流冰撞击力时程作为系统的撞击荷载。通过计算机仿真分析,对流冰撞击作用下高速铁路桥梁的动力响应及其对桥上列车运行安全的影响进行研究。采用自编程序模拟列车过桥的全过程,计算分析7 m×24 m简支箱梁桥在流冰撞击力作用下动力响应及桥上高速列车的动力响应。计算结果表明,在实测流冰撞击力作用下,桥梁横向加速度以及车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标在列车速度250 km/h以上时超过容许值,说明流冰撞击作用对车桥系统耦合振动响应具有较大的影响。     

列车-有砟轨道-路基空间耦合动力学模型

建立了列车-有砟轨道-路基空间耦合动力学模型.模型中,充分考虑了机车车辆、有砟轨道、路基的空间特性、时变特性及相互作用,对路基系统,采用连续体建模的方法,并利用Galerkin法进行了离散.通过仿真计算与秦沈线综合试验实测结果进行比较,验证了模型的可靠性.以运行速度为200km/h的CRH2动车组作用为例分析了路基的动...     

城市轨道交通列车-桥梁系统动力响应数值分析及现场测试

为验证地铁桥梁监测系统采集数据的可靠性,提高轨道交通系统结构设施安全监督力度,以北京地铁5号线惠新西街北口站?大屯路东站的三跨连续箱梁桥为研究对象,考虑列车的动力加载效应,通过实验测试与数值模拟计算相互验证、时域分析与频域分析相结合的方法,对行车过程中桥梁的横向、竖向位移及加速度时程曲线及其变化趋势进行分析,验证了计算...     

核电站防波堤地震动力响应及破坏机理分析

结合某核电站防波堤,应用动力弹塑性分析方法,考虑结构间的动态接触作用,分析了防波堤的地震响应特性和破坏机理。通过研究双向地震作用下结构的位移响应、残余变形及塑性剪切应变等,给出了地震过程中防波堤的破坏形式,说明了竖直向地震动输入对防波堤震后沉降影响显著,并重点分析了挡浪墙最大位移响应及震后残余变形。同时分析了地震动卓越频率、地震动峰值及护坡长度参数变化对防波堤地震响应的影响规律,研究结果为防波堤设计、安全评价和抗震措施研究提供了理论基础。     

双向耦合效应对FPS隔震桥梁地震响应的影响

利用两正交水平方向力的作用条件下FPS支座非线性动力行为的双向耦合弹塑性恢复力数学模型,针对一典型大跨度FPS隔震连续梁桥,对比了在墩高、球面半径和支座屈服强度等参数变化的情况下,考虑和忽略FPS支座恢复力的双向耦合作用时桥梁的非线性时程响应结果。研究表明这种双向耦合作用对隔震桥梁的地震响应有着重要的影响,如果忽略双向耦合作用,会大大低估支座变形的峰值响应,这对隔震桥梁设计是不利的。     

垃圾填埋场的地震响应特性分析

采用二维等效线性有限元程序对典型山谷型填埋场进行非线性动力分析。综合考虑了地基刚度、动荷周期、幅值及填埋体的刚度对填埋场顶部加速度响应特性的影响,从地基基本周期 、地震卓越周期 和填埋场的基本周期 三者相互关系的角度得出了填埋场地震响应的普适性规律：各种影响因素都是通过改变这三个周期的相对大小关系来改变填埋场的响应情况。当 ＝ ＝ 时,填埋场顶部的响应达到最大;如果 ＝ 或者 ＝ ,则填埋场的动力响应值中等;三个周期相差甚远时,填埋场的响应值最小。通常情况下 较大, 较小,对于压得很密实或者填埋时间长久的填埋场,剪切波速增加使 减小;地震幅值的增加,由于材料的非线性使得 和 增加,从而容易使周期接近,而激发较大响应。该结果对填埋场抗震设计有指导意义。     

串联隔震系统水平刚度及对结构地震响应影响

针对工程界比较关注的柱串联隔震系统的水平刚度问题,建立了水平刚度计算公式,探讨了压应力对水平刚度及结构地震响应的影响。首先建立了单个叠层橡胶支座的场矩阵;其次根据传递矩阵法建立了柱串联隔震系统的场矩阵,根据所得场矩阵推导出串联隔震系统顶部状态变量与任意截面内力和位移之间的关系,进而推导出串联隔震系统的水平刚度计算公式,避免了繁琐的力学推导过程;最后探讨了压应力对水平刚度及结构地震响应的影响。结果表明水平刚度随着压应力的增大而减少,近断层附近建议采用隔震支座直接固定在基础上的隔震方案。     

钢筋混凝土结构爆破地震响应频谱及幅值变化规律分析

为探讨钢筋混凝土建筑结构的爆破地震效应特性,通过在隧道爆破开挖过程中下穿的多层钢筋混凝土建筑沿高度方向上布设测点,采集了大量的钢筋混凝土建筑的爆破地震响应信号。采用小波分析和快速傅立叶变换相结合的方法,研究各方向爆破地震波作用下钢筋混凝土建筑沿高度方向的结构响应频谱、能量分布特性及幅值变化规律。研究结果表明,爆破地震波作用下钢筋混凝土结构建筑物各层质点的速度响应信号频率较大且占有较大能量比例的优势频带较宽,集中在15Hz~600Hz;钢筋混凝土结构在垂向方向的速度响应信号频率要低于水平方向,在垂直方向的速度响应峰值高于水平方向,且比值一般随着楼层的升高有增大的趋势;垂向和水平方向的信号频谱特征和峰值速度响应随楼层变化无明显变化规律可循。     

列车-桥梁-汽车耦合振动仿真分析

用多刚体系统模拟列车、汽车车辆,用空间梁单元、杆单元模拟桥梁。采用密贴假定及蠕滑理论处理轮轨接触关系,设汽车轮胎与公路桥面为点接触且不分离建立列车-桥梁-汽车耦合振动分析模型,编制仿真分析软件。以某公路、铁路两用桥为例进行列车-桥梁-汽车耦合振动分析。结果表明,列车与汽车同时上桥且随汽车数量增多,列车机车及车辆的竖向加速度、脱轨系数、轮重减载率最大值明显增大,汽车对列车运行安全性具有不利影响。     

高速移动列车荷载作用下层状饱和地基-轨道耦合系统的动力响应

基于Biot流体饱和多孔介质理论,求得层状饱和地基表面移动荷载的动力格林函数,进而建立2.5维间接边界元方法,研究了高速移动列车荷载作用下层状饱和地基-轨道耦合系统的动力响应。该文通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀饱和半空间地基和饱和基岩上单一饱和土层地基为模型进行了数值计算,分析了列车移动速度和饱和土层等对动力响应的影响。研究表明,层状饱和地基和均匀饱和地基对应的动力响应有着显著的差别;列车移动速度接近饱和地基的Rayleigh波速时,会引起饱和地基-轨道耦合系统的共振,产生较大的动力响应;饱和地基不透水情况下动力响应最大,饱和地基透水情况下动力响应次之,干土情况下动力响应最小。另外,饱和土孔隙率、饱和基岩与饱和土层刚度比、饱和土层厚度等也对动力响应具有重要影响。     

花岗岩隧道地震响应机理及减震技术探析

利用FLAC3D软件对花岗岩隧道的地震响应机理及泡沫混凝土减震层的减震效果进行了分析。通过对比塑性区范围、围岩应力场分布、应变增量以及衬砌结构内力等指标,得出了一些有益的结论：泡沫混凝土减震层能有效降低围岩中的最大主应力,并改善岩体中的应力场分布,使最大主应力出现的部位远离隧道临空面;其次,减震层还大幅降低了衬砌结构的轴力。该结论可为花岗岩隧道抗震设计提供一定的参考。     

地震激励下桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响

为探讨桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响,以桩-土-结构耦合系统为研究对象,建立三维非线性有限元模型。采用Drucker-Prager非线性土体本构模型,利用罚函数法实现桩-土-结构界面间的非线性耦合作用,引入无反射边界条件,并考虑重力因素,得到了水平和竖直方向组合地震激励下桩-土非线性相互作用对桩基地震响应的影响。结果表明,考虑桩-土接触非线性,桩基的加速度响应峰值减小,桩土之间出现明显的分离现象,桩基剪力和弯矩峰值有所增加。通过对桩基轴力的校核,桩基不承受拉力,不会发生拔桩现象。     

螺旋离心泵转子系统动态响应数值分析

为研究螺旋离心泵转子对流固耦合作用的动态响应信息,以ZJ200-25型双叶片螺旋离心泵为研究对象,利用CFD软件CFX12.1和有限元软件ANSYS Workbench对其进行了考虑流场变载荷和结构相互作用的两场交替联合求解。得到转子受到的激励力以及位移响应频谱特点,结果表明：叶轮受到流场变载荷激励,发生了弯曲及拉伸振动;叶轮径向位移随流量增大而减小,其主频率与径向力主频率同为48.3Hz,轴向力以低频随机波动为主,但轴向位移仅在200Hz以内有较明显的响应,且振幅随频率增加而减小;叶轮质心位移在低阶频率处的振幅不高,高阶频率的振幅逐渐减小,轴向及径向位移均没有振幅过大的情况出现,说明螺旋离心泵转子正常工作时未发生共振,稳定性良好。本文研究结果对螺旋离心泵转子系统的设计改良及振动分析具有一定的参考意义。     

大型非线性转子-密封-轴承系统的不平衡响应与稳定性

对实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统建立了具有超大规模维数的非线性动力学模型,该模型考虑了密封的非线性激振力、可倾瓦轴承的弹性支承力、转子的阻尼力、不平衡质量力和重力.采用Newmark方法对其进行数值求解,模拟出转子升速过程中汽流激振现象的典型特征和发生汽流激振的失稳转速,并且得到系统参数对转子不平衡响应和稳定性的影响规律.结果表明:适当的增大转子的阻尼、密封的半径间隙和密封流体轴向流速可提高转子发生汽流激振的失稳转速,这为在设计和运行中提高实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统的稳定性提供了参考依据.     

铁路新型钢-混凝土组合桁架桥在列车作用下的动力响应分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的铁路新型钢－混凝土组合桁架桥建立了车－桥动力相互作用空间分析模型,它由车辆模型和有限元桥梁模型组合而成,以轨道不平顺作为系统的自激激励源。以西安－平凉铁路上的马屋泾河特大桥主桥为工程背景,对这种新型钢-混组合结构的车桥耦合振动进行了动力仿真分析。对桥梁在重载货车、中速客车、高速客车等不同列车荷载工况下的动力响应进行了数值计算,并对桥上车辆的走行性能进行了评价。计算结果表明：该桥式方案能够满足三种类型列车在不同等级车速范围内安全、舒适的运行,可广泛用于我国货运、普通客运及高速铁路