运用模态综合法的车桥自激激励耦合振动分析

针对车桥耦合振动影响自动化码头集装箱小车-低架桥结构安全和使用效率的问题,基于双协调自由界面模态综合法求解了车桥系统在轨道不平顺和轮对蛇形运动自激激励下的耦合振动时域响应,轨道不平顺时程通过Shinozuka一元多维平稳随机过程模拟法从轨道谱生成。用量纲分析法推导了结构动力模型相似条件,设计了试验模型,结合模型试验分析了铅芯橡胶支座、小车速度对车桥耦合振动响应的影响。模型试验与原型仿真结果相互验证表明:模态综合求解车桥耦合振动响应的仿真方法合理;使用铅芯橡胶支座可有效减小车桥加速度响应和支柱反力;车桥加速度响应随着小车速度的增大而增大,系统横向共振临界车速低于竖向车速,临界车速可由简支梁在移动集中力作用下车桥共振条件来估算。     

桥面不平引起车桥系统随机振动车速因素分析

将桥梁离散为梁单元,车辆简化为两自由度系统,桥面不平顺引起的车桥耦合振动荷载等效为虚拟激励荷载,建立移动车辆-桥梁耦合随机振动模型,运用虚拟激励法((pseudo excitation method,简称PEM)并结合模态综合叠加技术进行求解。将数值迭代结果与Monte-Carlo法对比,验证求解算法的正确性。以简支梁桥为例,在频域内对桥面不平顺引起车桥耦合随机振动的车速因素进行分析。结果表明:桥梁跨中竖向位移均方根值随车速变化较大,车速对位移和加速度功率谱曲线的1阶频率峰值和带宽影响显著;近支点加速度功率谱曲线的峰值、频率及带宽随车速变化明显。研究桥面不平顺引起的车桥耦合随机响应,车速对桥梁和车体振动影响不可忽略。     

人-车-桥耦合系统振动分析及乘客舒适度评价

基于8自由度人椅动力学模型和31自由度车辆模型建立人-车-桥耦合系统,车辆与轨道桥梁通过轮轨接触力及位移协调条件耦合,建立人-车-桥耦合振动方程,采用Newmark-β法对方程组进行求解。对国产300 km/h动力分散式列车的过桥行走过程进行分析,采用乘坐舒适度指标对人体振动舒适性进行评价,并讨论了轨道不平顺等级、车速、乘客数量以及乘客位置对人体舒适程度的影响。     

基于参数识别的桥梁冲击系数随机响应优化方法

随着行车速度的不断增高,路面高低随机不平顺引起车桥结构强烈的耦合振动严重影响工程结构的服役性能,乘客舒适性、桥梁及车辆的安全性受到大量的关注。在设计领域,动力学分析及优化受到诸多困难的干扰。将虚拟激励法与辛数学方法相结合对车桥系统动态响应进行数值分析,基于正交分析技术建立影响因素强度分析,以识别设计因素的相对重要性,例如车辆重量、刚度、速度、轨道不平顺、接触模型、桥梁跨度、支撑形式和材料参数。基于参数重要度推导基于虚拟激励法的高效灵敏度分析方法用于优化关键因素,并用数值算例证明了方法的准确性和计算效率。结果表明,影响桥梁各个位置的因素差异很大,冲击系数随着桥表面的粗糙度增加而增加,影响因素主要是车辆悬架刚度、阻尼和速度参数,并通过参数优化有效降低了主要影响因素对桥梁的影响。     

轨道连接处缺陷对起重机运行冲击系数及疲劳剩余寿命的影响

为了分析起重机运行过程中轨道连接处缺陷对金属结构冲击系数的影响,通过正、余弦函数分别模拟高低缺陷和间隙缺陷所引起的不平度,并提出起重机越过轨道缺陷过程的动力学模型。理论推导起重机通过轨道连接处高低缺陷和间隙缺陷时的运行冲击系数方程,并将其与GB/T3811:2008和ISO8686—1:2012中方法进行形式和结果的比较,从而证明理论推导结果的正确性。基于起重机车轮尺寸及两种轨道缺陷不平度函数,分析轨道连接处高低缺陷和间隙缺陷发生耦合作用的临界条件,结果表明高低缺陷在冲击过程中起主要作用,二者同时存在时可忽略间隙缺陷影响。通过试验测试满载工况下无轨道缺陷和7mm高低缺陷时主梁最危险点的应变时间历程,并计算危险点的最大应力;将理论推导的运行冲击系数应用到有限元模型中,计算在无轨道缺陷和7mm轨道高低缺陷时对应测点的最大应力值,有限元分析结果与试验测试相对误差为2.63%,从而通过工程试验验证运行冲击系数理论推导的正确性。分析轨道缺陷对起重机剩余寿命的影响发现,起重机的临界裂纹长度、疲劳剩余寿命均随着轨道高低缺陷增大而减小,而影响度随着轨道缺陷增大而增大,轨道高低缺陷增大会使运行冲击系数增大且导致起重机主梁剩余寿命降低。     

路面谱函数对车桥耦合随机振动敏感性分析

将桥梁离散为梁单元,车辆简化为两自由度车模型,基于虚拟激励法建立车桥耦合随机振动模型。分别以GB7031谱、Wang谱及ISO谱三种路面不平顺谱函数作为不平顺激励输入,研究路面谱函数对简支梁桥及车辆振动响应的影响。分析三种路面功率谱对桥梁竖向振动响应的影响,研究不同路面谱函数作用下车速对桥梁振动响应的敏感性及车辆振动对路面谱函数的敏感性。研究结果表明:三种路面谱函数引起的简支梁桥跨中竖向位移均方根曲线形状相似;路面谱与车桥耦合共同作用,桥梁及车辆共振频率出现在桥梁一阶频率处;ISO谱引起的车辆振动响应受车速变化敏感性较弱,但桥梁振动响应受车速影响敏感性较强;GB7031谱和Wang谱引起车辆和桥梁的动力响应及频率特性接近,GB7031谱计算结果略大于Wang谱。     

公路桥梁车桥耦合振动的模型试验研究

基于公路桥梁车桥耦合振动理论,通过精细测量车桥模型参数,建立了车桥梁试验模型和有限元模型,设计了一套公路桥梁车桥耦合振动试验系统.开展车桥耦合振动试验影响因素分析,探讨了行车道位置、车桥质量比、桥梁支座形式等试验因素的影响规律.结果表明:车桥模型自振频率的试验值与理论值基本吻合,验证了模型的适用性;不同车道位置10 c...     

地铁线路钢轨焊接区轮轨动力学问题

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了地铁车辆-整体道床轨道垂向耦合模型,以实际测量得到的地铁线路钢轨焊接接头不平顺作为轮轨界面不平顺激扰输入,分析了接头不平顺引起的轮轨动力响应特征,以及行车速度、不平顺波长、不平顺波深、轨下胶垫刚度以及轨道结构形式等对焊接接头不平顺激扰下轮轨动力响应的影响。分析结果表明,不平顺波长的减小以及不平顺波深的增大会恶化焊接区轮轨动力响应,轨道结构弹性的提高有助于改善车辆-轨道耦合系统动力学性能。     

路面激励空间效应对车桥耦合随机振动的影响

基于GB/T 7031—2005路面不平顺功率谱,建立多点相干输入激励的车桥耦合振动模型,研究路面输入激励空间效应对车桥耦合振动响应的影响。将三轴自卸汽车离散为三维九自由度的弹簧-阻尼-质量体系,桥梁离散为板-壳实体单元,考虑路面不平顺输入激励的时滞性和相干性,基于虚拟激励法建立路面相干激励的三维车桥耦合随机振动模型。以三跨连续梁桥为背景,研究路面输入激励的相干效应、时滞效应及一致效应对车桥系统、车辆振动及频谱特性的影响。结果表明:3种输入激励的空间效应对桥梁位移和加速度振动响应存在差异,路面激励的空间效应对车体响应影响比后悬架明显;路面输入激励的空间效应对车-桥耦合与路面谱的共振频率影响较小;研究路面不平顺激励对车桥耦合振动影响时,需考虑路面不平顺输入激励的空间效应。     

路面减速带对汽车平顺性和安全性影响的仿真与试验研究

采用虚拟仿真和实车试验的方法,研究了路面减速带对汽车行驶平顺性和安全性的影响。基于ADAMS,建立了整车模型和包含减速带的路面模型,进行虚拟仿真试验;搭建试验系统,进行实车试验,得出了汽车通过不同路面减速带时,车身振动加速度和轮荷冲击系数随车速的变化关系。结果表明:梯形横断面轮廓的减速带对汽车的行驶平顺性和安全性影响最大,圆弧横断面次之,抛圆相切横断面影响最小;减速带的宽度与限制车速成正比,高度与限制车速成反比;即在限制车速较高的道路上,宜布置宽度较大,高度较低的圆弧横断面减速带。     

基于ABAQUS的大位移桥梁伸缩缝垂向动力学分析

运用解析理论方法和有限元分析软件Abaqus对大位移桥梁伸缩缝进行垂向动力学研究。研究在不同车速下伸缩缝的最大竖向位移,以及车速、弹性支承刚度、阻尼和缝宽的变化对冲击系数的影响。研究表明,解析理论分析与有限元分析结果相吻合,伸缩缝的每根中梁振动幅度均不一样,因此,应提取振动幅度最大的中梁进行研究分析;冲击系数随弹性支承刚度、阻尼和缝宽的增大而减小;车速低于100 km/h时,冲击系数随车速的增大而增大。当弹性支承刚度大于40 000 N/mm,车速低于120 km/h时,最大冲击系数应选定为1.50。     

基于路面一致激励车桥耦合非平稳随机振动分析

基于路面不平顺一致输入激励,采用虚拟激励法研究车辆变速行驶三维车桥耦合非平稳随机振动响应。首先,将桥梁离散为板-壳实体单元,车辆简化为三维九自由度体系,考虑路面输入激励的多点不相干,将路面不平顺引起的荷载等效为虚拟激励荷载,建立三维车-桥耦合非平稳随机振动模型;然后,运用精细积分格式迭代求解,与Monte-Carlo法计算结果对比验证模型的正确性;最后,以某高速公路梁桥为背景,研究车辆匀加速行驶在B级桥面桥梁各点动响应。结果表明:笔者提出的计算模型及算法正确可行;相同路面激励引起的跨中位移和加速度响应峰值大小取决于瞬时最大车速;车辆变速行驶比匀速行驶具有更宽的共振频率区间,跨中位移和加速度最大值随车速呈现先快后缓的增长趋势。     

基于应变冲击系数指标的悬索桥损伤识别方法

为实现大跨度悬索桥的快速检测与评估,提出了一种基于动力放大系数的改进损伤识别方法。首先,通过对比完好和损伤桥梁的应变冲击系数构建损伤指标,其中完好桥梁的基准动态响应数据通过自编的车桥耦合程序得到;其次,结合全桥损伤指标的峰值与整体变化趋势进行分析,实现对结构损伤的定位与损伤程度的评估;最后,通过数值模拟和悬索桥缩尺模型试验,验证了该方法对于桥梁损伤定位和定量的有效性。数值模拟与试验结果表明,该方法可较为准确地定位悬索桥损伤,对损伤程度实现初步定量判定。利用损伤桥梁与完好桥梁损伤指标的差值评估桥梁损伤情况,可消除桥面不平顺度对损伤识别的影响。该方法抗噪能力较强,具有较好的工程应用前景。     

多线地铁列车-高架桥耦合系统动力分析

为了对多线地铁高架桥的车桥耦合作用进行分析,基于ANSYS的参数设计语言（parametric design language,简称APDL）建立了能够考虑列车单双线行驶的地铁列车-桥耦合动力分析模型。以一座三跨四线地铁高架连续梁桥为研究对象,采用四动二拖6辆编组B型地铁列车模型,分析了地铁列车分别沿不同单双线运行时桥梁结构的动力响应。结果表明：地铁列车对桥梁的横向位移和加速度影响较小;双线对向运行时桥梁竖向位移和加速度响应峰值大于沿单线运行的情况;双线对向运行时桥梁关键截面内力响应峰值约为沿单线运行时内力代数叠加的67%～99%。所提出的数值模型和计算结果可以为多线地铁高架桥车桥耦合振动研究提供理论方法和评估依据。     

轨道交通车桥耦合振动仿真改进方法与应用

针对车桥耦合振动软件仿真模型中不能全面分析系统振动响应的问题,利用SIMPACK软件的柔性轨道模块,并结合自编的钢轨*. ftr文件,提出一种基于SIMPACK与ANSYS软件的联合仿真改进方法。进而建立车辆-浮置板轨道耦合振动分析模型,并计算钢轨与浮置板结构的位移响应,计算结果与已有文献对比吻合良好,验证了该耦合方法的正确性;最后以某高架简支U形梁桥为研究对象,建立列车、轨道、U形梁与桥墩的耦合振动精细化模型,对桥梁系统的振动响应进行分析。结果表明:利用改进方法建立的模型能全面地分析车桥系统各结构的振动响应,分析结果可为桥梁减振设计提供参考。     

钢轨铝热焊接接头性能的有限元分析

钢轨铝热焊接接头是铁路无缝线路最薄弱的环节,为了研究焊接接头的性能,在钢轨铝热焊接过程数值模拟结果的基础上,采用基于Timoshenko梁的车辆-轨道耦合动力学方法,求解了带有焊接接头短波不平顺的轮轨接触参数,最后,基于Hertz接触理论,建立了轮轨接触弹塑性有限元模型,并对该模型进行了分析。研究结果表明:当轮轨处于纯滚动工况下,最大等效应力和等效塑性应变(PEEQ)均位于轨头表面以下约4.1 mm深度处,裂纹容易从此处萌生;当轮轨处于全滑动接触时,最大等效应力和PEEQ均移动到轨头表面,很可能造成焊接接头表面压溃、剥离甚至断裂;而纯滚动工况下,最大等效应力、PEEQ以及残余变形随着车速的增加而增加,随着接头焊缝中心与较近的轨枕中心的距离的减小而增大,随焊接接头热影响区(HAZ)宽度的增加没有明显变化。     

大位移桥梁伸缩缝垂向振动理论研究

根据达朗贝尔原理建立大位移桥梁伸缩缝理论模型,并使用MATLAB软件的Simulink动态仿真工具箱对其进行数值分析求解。主要研究了大位移桥梁伸缩缝结构参数(缝宽、中梁截面惯性矩、弹性支承刚度)、车速的变化对伸缩缝冲击系数与中梁最大竖向位移的影响。研究结果表明:限制车速、适当改变弹性支承刚度可减小冲击系数;缝宽为40mm、60mm、70mm、80mm的最大冲击系数分别是1.4、1.46、1.48、1.43。限制车速、增大刚度、减小缝宽、增大中梁截面惯性矩可减小最大竖向位移;在缝宽取60mm~80mm、车速取100km/h~120km/h时,为减小最大竖向位移增大弹性支承刚度与中梁截面惯性矩更有效。     

磁浮钢箱梁日照作用对车桥耦合振动的影响

磁浮轨道梁日照作用下的温度变形是轨道梁静力与动力设计需考虑的重要因素，笔者根据传热学与有限元理论，结合夏季气象参数与日照辐射半经验公式，利用ANSYS建立磁浮线轨道钢箱梁日照温度场三维瞬态模型。首先，分析磁浮轨道梁的最大竖向与横向温差发生时刻的温度梯度分布，基于日照温度场分析结果，计算不同支承形式钢轨道梁的温度变形；然后，将单跨简支、双跨连续形式轨道梁的温度变形作为初始不平顺组成部分，进行车桥耦合动力响应分析。结果显示：温度效应使车体加速度、悬浮气隙幅值增幅较大，对电磁力有所增大，对轨道梁加速度及位移的放大作用则不明显，各动力响应值仍处于规范规定的安全范围内，但安全度有所降低。     

十自由度车-轨耦合仿真分析

文章以十自由度车轨耦合模型为例,探究由轨道不平顺所导致车-轨耦合垂向振动的问题,由功率谱密度计算确定了轨道不平顺并以此作为激励源,计算分析车辆与轨道之间的垂向耦合振动响应.通过MATLAB仿真结果图分析得出,轨下的高底不平顺主要影响的是构架和轮对的振动频率,对车体的影响并不大,因此要减轻车-轨系统的振动主要从一系悬挂和...     

跨座式单轨列车-轨道梁耦合动力学特性研究

跨座式单轨列车-轨道梁系统的耦合振动问题涉及因素多,有待进一步研究。基于刚柔耦合理论建立跨座式单轨列车-轨道梁耦合动力学模型,以探讨不同轨道梁跨距和载重状态对系统响应的影响。结果表明:轨道梁跨中竖向挠度和横向挠度均随跨距的增加而增大,跨中竖向挠度影响更显着;跨中竖向挠度随载客量的增大而增大,横向挠度基本不受载客量的影响。研究可为跨座式单轨交通系统的结构设计优化和运输管理提供理论基础。