多工况车辆荷载下嵌入式压电传感路面结构动态响应分析

嵌入式智能装置与路面结构在车辆荷载作用下的动态响应对其服役性能和使用寿命意义突出。为此,采用1/4车辆振动模型,构建车辆动荷载作用下的嵌入式压电系统-路面结构有限元模型。基于足尺加速加载试验路段实测应变数据和文献振动数据,对有限元模型的响应结果进行了验证;进一步考虑了不同车辆轴载、车速和路面平整度等工况下,嵌入式路面结构的动态响应变化和压电系统的电压峰值输出。结果表明,路面结构的竖向加速度峰值、嵌入式压电系统的输出峰值随着车辆荷载的增加而增加,线性度良好;超载带来的横向应变峰值变化和竖向应变拉压交替峰峰值变化,需重点考虑;行驶速度对路面的振动和应变响应影响明显,均不为单调变化;随着路面等级从A级降为C级,路面各结构层平均竖向加速度从-10×10^-3g增加到-39×10^-3g,其中深度200 mm以内的三向振动增幅最为明显。该研究为嵌入式压电系统的实际应用和布置优化提供了支撑,也为智能道路的长期服役性能分析提供了依据。     

车辆荷载作用下混凝土箱梁桥桥面板局部振动分析

研究车-桥耦合振动条件下,混凝土箱梁桥桥面板局部振动规律.推导车-桥耦合动力平衡方程,用板单元建立简支箱梁桥有限元模型,采用3维7自由度车辆模型,由路面功率谱密度函数模拟得到等级分别为"理想"、"好"和"差"的路面不平度函数.通过数值模拟计算桥面板不同位置的竖向位移、纵向弯矩和横向弯矩的动力放大系数(DAF).分别对车道位置、路面等级、车速和桥梁阻尼进行了参数分析.结果表明,车辆荷载作用下,桥面板不同位置的局部DAF值、同一位置由不同响应量得到的DAF值之间均存在很大差异,采用统一的DAF来计算车辆对桥面板的冲击作用不甚合理.路面不平度是影响桥面板车致振动最为重要的因素;而车速次之,且很难找到明确的函数关系用于描述车速对箱梁桥面板的局部动力放大系数的影响.     

车辆荷载作用下简支板的振动分析

应用模态综合法,建立车-桥耦合动力平衡方程,研究在车辆荷载作用下简支板的振动。采用4节点板单元建立简支板模型,用单自由度质弹系统模拟车辆。利用数值方法分别以不同的动力响应（竖向位移、纵向应力和横向应力）计算车辆荷载动力放大系数。重点分析了车速、车道位置、宽跨比及系统频比对简支板振动性能的影响。当桥梁与车辆的频率比接近1时,车-桥系统将发生共振,但不会导致振幅的无限增大。特定条件下,车辆对结构的局部冲击效应大于总体冲击效应。     

移动荷载下梁索组合结构瞬态响应分析

为验证波动理论在求解梁索组合结构自振特性和冲击响应问题中的适用性,初步探讨移动荷载下弹性波在结构中的传递特征,从铁木辛柯梁的横向振动微分方程和拉索的纵向波动方程出发,推导了移动荷载作用下梁索组合结构的动力学响应函数,通过构造回传路径矩阵,得到结构响应的波动解。为解决传统回传路径矩阵法（MRRM）在计算弯曲波传递过程中回传路径矩阵求逆困难的问题,基于离散傅里叶变换思想(DFT),推导出结构瞬态响应的级数解,用试验和有限元数值算例对改进后的MRRM法进行验证。结果发现,在30km/h的车速下,本文算法计算得到的跨中最大动应变和有限元结果偏差为5%,与试验结果相比偏差8%;40km/h的车速下,理论最大值与有限元偏差为4%,与试验结果相比偏差9.8%。最后,以梁索组合结构为研究对象,本文算法计算得到的结构前五阶自振频率与有限元结果最大偏差为0.29%,前二阶自振频率偏差为0%。进一步分析移动荷载下,梁索组合结构的波动响应特点,将理论结果与有限元数值结果进行比对,结果具有较高的吻合度。可推知,本文算法在计算移动荷载下桥梁结构的瞬态波动响应方面具有较高的可靠性。通过结构频谱分析,发现移动荷载下,铁木辛柯梁中弯曲波主要为频率分量低于结构2倍自振频率的低频响应。进而在改进后的MRRM基础上,探索基于结构自振特性的频域合理选取准则,进一步提高MRRM法求解波动响应的计算效率。     

剑杆织机振动问题的有限元模态响应分析

针对某剑杆织机高速工作时振动过大的问题，建立了织机壁板有限元模型，进行了有限元分析，计算了几种不同情况下节点的响应，研究了壁板的材料、结构、刚度等对织机振动的影响。经过实验测试，文中所用的原理与方法有效地降低了织机的振动，为研究高速织机的振动提供了参考。     

车辆作用下钢-混凝土组合简支梁动力特性

首先,在考虑组合梁结合面剪切滑移效应的情况下,推导了车辆作用下钢-混组合梁的刚度分布函数。然后,采用待定系数表达组合梁和车辆的振动位移函数。进而基于矩阵传递法的基本思想,根据变形协调及力的平衡条件,建立了以待定系数表达的整个车-组合梁振动系统的振动方程,根据该振动方程可以计算出车辆作用下钢-混凝土简支梁的自振频率和振型。最后,采用有限元方法验证了本文方法的有效性和可靠性。     

移动车辆荷载下土石混填路基动力响应分析

为研究车辆荷载下土石混填路基的动力响应,利用ABAQUS有限元软件建立沥青路面系统三维数值模型。采用移动均布荷载模拟车辆荷载,分析不同的行车速度和车辆荷载作用下土石混填路基动应力、变形的响应规律,并确定路基工作区深度。结果表明：在路基横断面,车轮作用位置处竖向应力最大,远离作用点时应力减小;动应力和变形在路基深度1 m范围内衰减最快;车辆荷载对路基的影响程度要大于车速对路基的影响程度;随着车辆超载率的增加,路基的动应力响应也就越大,路基的工作区深度在2.33 m～4.15 m之间。     

基于MATLAB薄板振动响应分析

利用MATLAB软件对矩形薄板结构振动进行了有限元分析。研究了不同边界条件下薄板的自由振动及简谐激振力作用下四边固支薄板的稳态响应,阐述了编写程序的主要思路。结果表明,基于MATLAB软件编写的程序能够快速方便求得薄板在不同边界条件下的固有频率,结果能够较好的收敛并达到满意的精度;薄板的稳态位移响应和速度响变化趋势相同,当激振频率低于结构基频时结构的响应是一阶的,而大于时响应是多阶主振动的叠加。     

车辆—路面空间耦合振动模型及其动力响应分析

为准确模拟行驶车辆作用下刚性路面的动力响应,建立车辆—路面空间耦合振动精细化分析模型。车辆采用质点—弹簧—阻尼器空间整车模型,混凝土刚性路面采用弹性地基板有限元模型,采用改进的谐波叠加法考虑路面平整度的三维空间分布,利用车轮和路面的位移协调方程将车辆振动和路面振动联立求解。实例分析表明,所建立的车—路耦合振动模型能够真实地反映车辆和路面间的空间几何耦合关系和力学耦合关系;在三维路面不平度的激励下,车辆和路面的动态响应均表现出明显的空间分布特性;与瞬态动力分析方法相比,利用考虑路面不平度空间分布的车—路耦合振动模型对混凝土路面进行车辆动力响应分析时,路面弯沉和板底应力有明显增大。     

基于车-桥耦合振动的简支梁桥冲击效应

为了精确分析车辆对简支梁桥的冲击效应,基于模态综合法,建立了三维空间车-桥耦合振动模型.基于车-桥耦合振动模型的动力时程响应分析结果,并利用动力放大系数的概念,得到了车辆参数以及桥面不平整度、行车速度和车辆作用位置对冲击效应的影响规律.研究结果可以为我国桥梁设计规范中简支梁桥冲击系数的计算方法的改进提供理论依据.     

梁桥在多辆车辆荷载作用下的振动分析

采用无限自由度桥梁模型对梁桥在多辆移动车辆荷载作用下的强迫振动问题进行了分析 ,给出了简支梁桥在两辆移动汽车分别以不同的车重和不同的车速作用下的跨中动位移的时程曲线 ,并与一辆汽车荷载作用下的动位移和静位移作了比较。本文对直观地了解桥梁与车辆耦合振动系统的动力特性规律和机理具有一定的参考价值。     

简支组合扁梁有效宽度的影响因素分析

组合扁梁将钢梁内嵌于混凝土楼板之中,不仅能够较大程度的降低结构层高,改善钢结构的防火性能,而且能够满足建筑上对大空间的无柱要求,在多层钢结构建筑中有广阔的应用前景。组合扁梁有效宽度的选取将直接影响其承载力和刚度的计算,更是组合扁梁工程应用的设计基础。本文通过建立简支组合扁梁的有限元模型,分析了组合扁梁的跨度、梁间距、翼缘板厚度等因素对组合扁梁有效宽度的影响并对进一步的研究提出了建议。     

桥梁型式对40 m简支梁磁浮车致动力响应的影响

为研究不同型式的40 m简支梁在中低速磁浮列车作用下的动力响应及影响机理,基于40 m简支梁梁轨一体方案和梁上梁方案两种型式,考虑PID主动悬浮控制,采用模态综合理论,建立精细的中低速磁浮列车—简支梁系统动力相互作用理论模型,并基于长沙磁浮试验进行可靠性验证。对两种型式的40 m简支梁在低速磁浮列车作用下的动力响应进行分析及对比,探讨不同桥梁型式对系统耦合振动的影响机理。结果表明：相比于梁上梁方案,梁轨一体方案的竖向动挠度更大、加速度更小,车体竖向位移更大、加速度相近,梁上梁方案更优;桥梁型式对主动悬浮控制系统的影响较微弱;梁上梁方案中简支梁存在丰富的高频局部振动模态,会增大桥梁变形和桥梁、车体的振动优势频率;桥梁型式的不同会通过波长效应、局部振动等影响磁浮列车—轨道—桥梁系统的耦合振动。     

均布荷载作用下简支磁电弹性梁的解析解

对磁电弹性材料构成的两端简支梁,在均布荷载作用下的弯曲问题按平面应力问题进行了研究.从横观各向同性磁电弹性体的三维基本方程出发,简化得到平面问题的基本方程,给出了用四个拟调和函数表达的四个特征根互异情况下的通解,进而以试凑法推导出了均布荷载作用下简支磁电弹性梁的位移、电势、磁势、应力、电位移和磁通密强度的解析解,所得解有易于理解、便于校对、形式统一简洁的特点.并且将计算结果与压电材料和弹性材料相应结果进行了分析、比较,发现应力σz与τxz材料常数无关,且与各向同性弹性梁结果一致;位移和电势受材料常数影响较大,而应力和电位移影响较小.所得结果为验证各种数值计算方法提供了参考依据.     

兰青线某简支T型梁桥承载能力分析

利用桥梁有限元分析软件建立桥梁承载能力验算模型,对兰青线DK81＋796（24 ＋32）m简支T梁在超重火车过桥时进行承载能力理论分析,评估桥梁结构现有承载能力及其使用条件,为超重货物列车的安全运营提供理论依据和技术建议.     

集中荷载作用下简支钢—砼组合梁受剪承载力计算

基于钢-混凝土组合梁竖向抗剪试验,探讨了组合梁中钢梁承担的剪力,总结了组合梁受剪的特点,分析了剪跨比、钢梁截面尺寸、混凝土翼板截面尺寸和抗剪连接程度等因素对组合梁受剪承载力的影响。采用叠加法,提出了组合梁受剪承载力计算公式,该公式物理意义明确,简单实用,与试验结     

钢-混凝土组合梁桥耐火性能研究

应用有限元软件ABAQUS建立了HC升温条件下钢-混凝土组合梁桥数值分析模型,采用已有的组合梁抗火试验数据验证了模型的正确性。利用上述模型,分析了车道荷载的分布和受火位置对组合梁桥耐火性能的影响。结果表明：组合梁桥的火灾行为与受火位置密切相关。全桥受火时,跨中挠度随受火时间的增加,不断下降;半桥受火及1/4桥受火时,未受火区域对受火区域有明显的约束作用,减小了组合梁桥的跨中挠度,提高了组合梁桥的抗火能力。随着车道荷载的增大,组合梁桥的耐火时间有所减小,但影响不是很明显。     

脉冲型近场地震作用下列车-简支梁桥的耦合振动

相比中远场地震,近场地震含有高能速度脉冲,会激发结构显著的位移响应。为研究该速度脉冲对高速铁路简支梁桥车桥系统动力响应的影响,采用三角函数法模拟速度脉冲,并与无脉冲的远场地震叠加,合成不同脉冲类型、脉冲周期和脉冲幅值的脉冲型近场地震动,以跨径32 m的典型高速铁路简支梁桥为例,采用自编的车-轨-桥-地震分析程序TTBSAS进行仿真计算,详细探讨脉冲参数对车桥系统动力响应的影响。结果表明:近场地震速度脉冲会显著增大高速铁路简支梁桥车桥系统的动力响应,在近场区域的车桥耦合振动分析中,不能忽略速度脉冲的影响;脉冲类型、脉冲周期和脉冲幅值对简支梁桥位移的影响远大于桥梁加速度和桥上列车的行车安全性指标,在选取速度脉冲参数时可不考虑桥上列车的影响;在本文计算条件下,双半波脉冲和三半波脉冲近场地震作用下桥梁的动力响应幅值明显大于单半波脉冲,且当脉冲周期为2.0 s时车桥系统的动力响应最大。     

曲线连续梁桥在车辆制动作用下的动力响应

以某一匝道公路曲线连续箱梁桥为例,分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动问题。用ANSYS软件模拟梁桥,选用典型的三轴空间车辆模型,采用模态综合法编制公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序,获得了车辆制动作用下曲线连续梁桥的动力响应及冲击系数,研究了初速度、制动位置、制动力上升时间、桥面平整度等参数对冲击系数的影响。结果表明：车辆制动时,主梁最大挠度、挠度和内力冲击系数没有随初速度的增大而单调递增或递减,但均明显大于车辆以相同初速度匀速行驶时的结果,且可能超过规范值。在桥前半跨内制动时,挠度和跨中剪力冲击系数大于在后半跨度内制动情况,同时,当车辆制动位置大于半跨且越靠近支点时,车辆制动时挠度和内力冲击系数越接近匀速时的结果。随着曲率半径的增大,桥梁的挠度、弯矩和扭矩冲击系数逐渐减小,而剪力冲击系数逐渐增大;弯桥的挠度、弯矩和扭矩冲击系数大于直线桥结果,紧急制动易于加剧桥梁的振动。