基于格林函数法的车辆-轨道垂向耦合动力学分析

通过直接求解脉冲激励下线性系统的动力学方程得到车辆系统和轨道系统格林函数的显式表达,基于格林函数和轮轨Hertz非线性接触理论,提出了求解车辆-轨道垂向耦合动力学的新方法。利用该方法分析了车辆系统和轨道系统格林函数的特征,计算了轨道随机不平顺和单一谐波两种不平顺激励下的轮轨垂向力以及轮对和钢轨垂向位移响应,并与传统的车辆-轨道耦合动力学计算结果进行对比。研究结果表明：车辆系统的格林函数主要由随时间线性增加的线性项和随时间逐渐衰减的衰减项组成;轨道系统的格林函数随时间波动衰减,0.15 s后初始脉冲激励引起的钢轨振动基本衰减至0;格林函数法与传统方法的计算结果几乎完全吻合,说明了该方法在车辆-轨道耦合动力学计算中的可靠性。     

新型转轨空间动态耦合模型

基于车辆－轨道耦合动力学理论,建立了新型轮轨空间动态耦合模型。详细研究了充分考虑钢轨横向、垂向和扭转振动以及轨道不平顺作用下,轮轨空间动态接触几何关系、轮轨法向力以及轮轨蠕滑力的求解模型。突破了传统车辆力学中关于轮轨刚性接触和始终接触的假设。最后,与国际著名软件NUCARS的数值仿真比较和与我国线路试验的结果比较表明,本文所建立的新型轮轨耦合关系模型是正确有效的。     

轨道接头压陷激励下轮轨垂向振动分析

本文基于车辆－轨道耦合大系统的思想，将钢轨简化为弹性点支承有限长的欧拉梁、轮轨接触关系采用弹簧接触，建立了轮轨动力学模型。对车轮匀速行驶过程中，在轨道接头压陷激励下轮轨相互作用产生垂向振动响应作了分析。并得出车速、轨头压陷波深对振动的影响。     

高速铁路基础结构动态性能演变及服役安全的基础科学问题

为了探究无砟轨道结构损伤与车轨动态相互作用的相互影响机制,基于经典的车辆-轨道耦合动力学理论,利用混凝土弹性损伤本构考虑无砟轨道结构的损伤效应,将车辆简化为多刚体系统,并假定随机性的轨面不平顺以单节车长为周期重现,利用Hertz非线性接触实现车辆系统与含损伤无砟轨道系统的垂向传力耦合,从而建立考虑轨道结构损伤效应的无砟轨道-车辆垂向耦合周期性动力模型;为了加速该同时包含材料非线性和接触非线性的动力模型求解的收敛速度,采用隐式动力预测-校正算法和轨道-车辆系统交叉迭代的求解策略,实现了含损伤无砟轨道-车辆垂向耦合动力模型的隐式快速求解。     

地震作用下车辆-轨道系统轮轨动态响应试验研究

为研究地震作用下高速铁路地震预警阈值,进行准静态全尺寸车辆-轨道模型振动台试验研究,对车辆轨道模型施加正弦地震波,试验结果显示《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中所规定的轮重减载率限值和脱轨系数限值可能偏于保守,且导致列车脱轨的原因是由于地震作用使轨道结构发生大幅的水平向振动,引起车轮发生水平向晃动,致使车辆发生侧向滚摆运动所造成的;接着对车辆轨道模型施加实测地震波,试验结果表明地震波频谱特性对列车运行安全有一定的影响;对车辆轨道模型同时施加水平向和垂向地震波,发现对车辆轨道系统动力响应影响较大的为水平向地震波,垂向地震波则对其影响较小;根据振动台试验模型建立与之对应的多刚体、多自由度三维车辆-轨道数值模型,研究当考虑轨道不平顺时,地震作用下不同车速对列车轮动动力响应的影响,通过数据分析表明,在一定范围内,地震作用下的列车脱轨与列车速度关系不大,为高速铁路地震预警阈值的研究提供了一定的理论依据。     

缩尺比例车辆-轨道垂向振动实验系统研究

在分析车辆-轨道垂向耦合振动模型基础上提出基于相似性原理的缩尺轨道垂向振动实验台,具体阐述其关键参数的计算方法;基于轨道车辆运行设计沿轨道纵向运行的加载小车,实现车辆载荷移动加载;基于虚拟仪器技术实现实验台控制及数据采集。通过对缩尺实验台动力学模型数值仿真、实验结果表明,该缩尺轨道垂向振动实验系统能模拟车辆-轨道垂向耦合振动的低频振动特性。     

高架轨道梁结构特性对磁浮系统的动力影响

以德国Transrapid磁浮列车系统为基础,采用现有的磁浮车辆垂向模型,建立了有限元轨道梁模型、磁浮车轨垂向耦合系统模型及其振动微分方程.在此基础上,针对德国在上海的磁浮项目,主要就轨道梁的型式(简支和连续)、支承刚度及轨面不平顺波长对磁浮车辆-轨道耦合系统动力响应的影响等进行了分析.     

基于2.5维有限元-边界元分析轨道随机不平顺影响下的铁路地基振动

建立了完善的2.5维有限元-边界元耦合模型分析移动谐荷载作用下钢轨、扣件、轨枕、道砟、路基和地基等各部分的振动响应;利用既有的车辆-轨道-路基-地基耦合系统垂向振动解析模型得到轨道谐波高低不平顺引起的垂向动态轮轨力;在此基础上,结合轨道随机不平顺功率谱密度,提出了列车运行引起的地基振动功率谱计算方法。对比分析了地基表面测点垂向振动加速度级的理论计算与现场实测结果,证明了本文模型的合理性。模型能有效地分析具有复杂横截面形状的轨道-路基-地基系统的振动响应以及多种轨道、地基减振隔振措施的影响,且具有较高的计算效率,适用于铁路线路设计阶段的方案比较研究。     

考虑轮轨非线性接触的车辆-轨道-桥梁垂向耦合系统随机振动分析

基于列车-轨道-桥梁耦合动力学理论,考虑轮轨接触非线性,采用广义概率密度演化理论建立了列车-轨道-桥梁垂向耦合系统非线性随机振动方程。采用数论选点法结合谱表示-随机函数法生成轨道随机不平顺样本,实现了用两个随机变量和少量样本较精确地反映轨道不平顺功率谱的随机特性。以高速列车-简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道为例,从概率及可靠度角度,考虑非线性轮轨关系中跳轨现象以及轨道随机平顺影响,对比分析了线性与非线性轮轨对车辆运行安全性的影响;计算了不同轨道谱、车辆运行速度下轮重减载率概率密度演化规律及其对车辆运行安全性影响。结果表明,建议的方法可通过较少的随机变量和样本计算得到车辆-轨道-桥梁耦合系统非线性随机动力响应及其概率分布,可为车辆运行安全性评价提供更好的指导。     

铁路运输包装动态仿真的研究

对包装产品在铁路储运过程中的力学环境进行了分析,再以车辆-轨道垂向耦合系统为基础,建立了车体上包装件的动力学模型,并应用MatLab对模型进行数字仿真.     

隔震结构弹塑性反应谱分析研究

根据弹塑性反应谱理论,按照非线性恢复力模型的等效阻尼比和位移延性的关系,以单质点弹塑性反应分析结果为依据,建立基于等效阻尼比的隔震结构弹塑性反应谱。进一步比较弹塑性反应谱和我国规范得到的反应谱,结果显示规范的加速度反应谱在长周期段谱值过大,阻尼衰减系数也较大。基于单质点弹塑性地震分析的结果,在我国规范反应谱公式的基础上提出的隔震结构弹塑性反应谱公式。最后通过对5层钢框架隔震结构模型进行振动台试验、数值时程分析、规范反应谱计算、以及用弹塑性反应谱进行计算。结果表明,时程分析法的分析结果和振动台试验的结果比较接近,而按照规范反应谱的等效线形化方法计算出的结果与振动台试验的结果有一些偏差,弹塑性反应谱的地震反应更加接近试验实测的结果,表明了新提出的弹塑性反应谱进行隔震结构的地震反应分析时具有良好的计算精度。     

Bond between deformed reinforcement and normal and high-strength concrete with and without fibers

This paper describes an experimental study that consisted of pullout tests of deformed reinforcing bars in NSC and HSC specimens, with and without hooked-end steel fibers. Two types of test setups were applied, direct and flexural tests, and three bar diameters were tested (8, 12 and 20 mm). The experimental setups were based on standard RILEM pullout (direct) and beam tests, with several modifications. The experimental program included study of the effects of concrete strength and inclusion of steel fibers on the bond strength, as well as the influence of bar geometry and concrete cover. Discussion of the results shows coupling of these effects and proposes an empirical expression that represents this coupling. The results from the current study are also compared with the design bond strengths specified in American and European standards as well as a known model.     

Field-to-field coupled fluid structure interaction: A reduced order model study

The standard Fluid-Structure Interaction (fsi ) coupling, that uses as unknowns velocity and pressure for the fluid and displacements for the solid, is compared against two novel types of coupling, the first one a three-field coupling (velocity-pressure-stress/displacement-pressure-stress) introduced by the authors in a recent work, and a two-field coupling (velocity-pressure/displacement-pressure) introduced in this paper, in this way completing our set of Field to Field (f2f ) equations, all stabilized by means of the Variational Multi-Scale (vms ) method using dynamic and orthogonal subscales. The solid two-field fsi coupling formulation is benchmarked statically and dynamically. Proper Orthogonal Decomposition (pod ) is applied to all three fsi formulations to obtain reduced basis and asses their performance in a reduced space. Numerical tests are shown comparing all three formulations. By correctly resolving the Cauchy stress tensor, the three-field fsi coupling proves to provide more accurate results in both Full Order Model (fom ) and Reduced Order Model (rom ) spaces than its counterparts for a similar number of degrees of freedom, making it a reliable formulation. f2f pairing appears to be beneficial, providing more accurate results in all cases shown; mixed pairing with a three-field formulation in the solid appears to produce very precise results as well.     

作大范围运动矩形薄板的建模理论和有限元离散方法

研究了作大范围运动薄板的耦合动力学建模理论和离散化方法。对作大范围运动的薄板建立了耦合动力学模型，计及了在结构动力学中对薄板动力学特性影响很小的二次耦合变形量。用有限元方法对秉性薄板进行离散，基于Jourdain速度变分原理导出了作大范围运动薄板的动力学方程。计算了作旋转运动的薄板的变形，将仿真结果与不计二次耦合变形量的传统方法进行比较表明，随着转速的提高，仿真结果出现明显的差异。此外，将本文有限元与假设模态法的计算结果进行比较，揭示了高速旋转时假设模态法的局限性，表明取无大范围运动的高阶模态可以提高假设模态法的计算精度。     

梁板耦合建模中连接负载对系统功率流特性影响研究

为了能够更准确预报梁、板耦合系统的功率流特性,在功率流模型解耦过程中引入梁、板连接负载,分析了输入梁、板的功率流,与有限元的分析结果对比,验证了含有连接负载的耦合模型的正确性,从而表明功率流的耦合建模中需要引入连接负载。通过改变结构参数、边界刚度,研究了忽略耦合模型连接负载引起功率流特性分析的误差规律,数值仿真结果表明:随着梁板长度比增大,结构边界刚度的减小,忽略连接负载造成的功率流分析结果误差增大,此时在梁板耦合建模中必须考虑连接负载;梁与板厚度接近时,考虑与不考虑连接负载的仿真数值相近,为了方便计算,可以在建模中忽略连接负载。     

农业保险对生鲜农产品供应链合作关系的影响研究

在我国当前生鲜农产品易受自然风险影响以及成员合作关系不稳定的现实下,本文通过构建自然风险和农业保险两种模式下的供应链利润模型,首先研究了两部收费制对供应链系统的协调作用及对成员合作关系的影响;然后探讨了农业保险的设定和理赔机制,对比分析了农业保险对供应链利润及成员合作关系稳定性的影响,最后通过算例验证模型的结果,并给出决策意见。研究表明：自然风险下两部收费制能协调生鲜农产品供应链,但供应链合作关系不稳定;引入农业保险不仅可以有效管理自然风险,还能增加供应链整体及各级成员的收益;随着自然灾害系数的上升,农业保险下生鲜农产品供应链合作关系稳定性也会下降,但相比较于自然风险下的供应链系统,其稳定性更好。     

Inverse Sub‐Structuring Method for Multi‐Coordinate Coupled Product Transport System

A new high‐accuracy transfer function is selected, and an inverse sub‐structuring method is developed for the analysis of the dynamic characteristics of a three‐sub‐structure coupled product transport system. The closed‐form analytical solution to inverse sub‐structuring analysis of multi‐coordinate coupled multi‐ sub‐structure product transport system is derived. The proposed method is validated by a lumped mass spring damper model; the predicted frequency response functions (FRFs) of sub‐structures and the coupling stiffness, in addition to the most concerned system‐level FRF, are compared with the direct computations, showing exact agreement. Then, FRF tests of a physical prototype of the multi‐coordinate coupled product transport system with three sub‐structures are performed to further check the accuracy of the suggested method. The method developed offers an approach to predict the unknown sub‐structure‐level FRFs and coupling stiffness purely from system‐level FRFs. The suggested method may help obtain the main controlling factors and contributions from the various structure‐borne paths for the product transport system, which may certainly facilitate the cushioning packaging design. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

解耦硅微陀螺仪的结构误差分析和系统性能测试

为了研究对称解耦的硅微陀螺仪的性能,对其结构误差进行了分析,并对其系统性能进行了测试.利用全解耦硅微陀螺仪的简化运动模型,分析了由弹性梁梁宽误差导致的机械耦合误差,并推导其公式.利用有限元方法,对机械耦合误差进行了仿真.仿真结果表明,当悬臂梁的加工误差在0～0.4μm间变化时,机械耦合误差变化范围为0～62.88°/s;同时仿真结果和计算结果比较显示,机械耦合误差的仿真结果基本与理论公式的计算结果相符,证明理论分析的正确性.对机械耦合误差进行了测试,测试结果表明,全解耦硅微陀螺仪的机械耦合误差仅为31°/s,相比课题组前期的半解耦硅微陀螺仪缩小了13.9倍.系统性能实验结果表明,由于机械耦合误差的减小,全解耦硅微陀螺仪的零偏温度系数仅为57.68°/（h.℃）,相比课题组前期的半解耦硅微陀螺仪缩小了9.42倍.     

高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究

该文完成了2个四层1：4缩尺高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙低周反复加载试验,详细分析了该剪力墙结构的承载力、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等,并与高阻尼混凝土带混合暗支撑双肢剪力墙进行了对比分析。利用有限元分析软件ABAQUS对试验模型进行了模拟,并分析了双肢剪力墙相对含钢率对高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙承载力的影响。结果表明：与高阻尼混凝土带混合暗支撑相比,带钢板暗支撑的高阻尼混凝土双肢剪力极限承载力和耗能能力均有一定程度的提高,剪力墙连梁剪跨比越小,高阻尼混凝土剪力墙的抗震性能越好,当墙肢及连梁含钢率分别在2.5%和3%以下时,墙肢及连梁含钢率对双肢剪力墙的极限承载力有较大影响。