车桥耦合系统非平稳随机振动分析

研究了车桥耦合系统受轨道高低不平顺激励而产生的垂向非平稳随机振动。车辆采用具有两系悬挂10个自由度的四轮模型，桥梁采用Bernoulli—Euler梁单元有限元模型。系统激励源为轨道高低不平顺，假设其为均匀调制演变随机过程，并考虑车轮承受轨道激励相位差，采用虚拟激励法（PEM）将其精确地转化为一系列虚拟垂向简谐不平度的叠加，大大简化了运动方程的求解。同时采用精细积分法（PIM）的简单分解格式来进行数值积分计算，更真实地模拟了车辆与桥梁作用力在时间域和空间域上连续变化。最后通过两个算例给出了耦合系统响应统计值变化的时程曲线，分析了车辆运行速度和轨道不平顺对于系统随机响应的影响。数值计算表明：发展的虚拟激励一精细积分法能够高效精确地进行车桥耦合垂向系统的非平稳随机振动分析；车辆运行速度和轨道不平顺对系统随机振动都有较大影响。     

分数阶导数系统非平稳随机振动灵敏度分析的时域显式方法EI北大核心CSCD

分数阶导数模型是描述黏弹性材料本构关系的理想模型。进行了分数阶导数线性系统非平稳随机振动的灵敏度分析。建立分数阶导数系统动力响应的时域显式表达式;采用灵敏度分析的直接求导法或伴随变量法,推导系统动力响应灵敏度的时域显式表达式;提出分数阶导数系统响应统计矩灵敏度高效计算的时域显式方法。所提出的基于直接求导法和伴随变量法的时域显式方法,分别适用于少设计变量和多设计变量两种情况下的响应统计矩灵敏度分析。以非平稳地震激励下设置分数阶导数黏弹性阻尼器的层剪切结构为数值算例,验证了所提方法的计算精度和计算效率。     

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。     

车桥耦合系统非平稳随机振动分析的虚拟激励-精细积分法

提出了考虑轨道高低不平顺时进行车桥耦合系统垂向非平稳随机振动分析的新方法.车辆采用具有两系悬挂10个自由度的四轮模型,桥梁采用Bernoulli-Euler梁单元有限元模型.将轨道高低不平顺假设为均匀调制演变随机过程,并考虑各车轮所受轨道随机激励之间的相位差,采用虚拟激励法(PEM)将轨道不平度精确地转化为一系列垂向简谐不平度的叠加,大大简化了运动方程的求解.在此基础上采用能够更真实地模拟车辆作用力在时间域和空间域上连续变化的精细积分法(PIM)来进行数值积分计算.数值算例中,将该方法与Monte Carlo方法进行了比较,并分析了轨道不平顺对于系统随机响应的影响.数值计算表明:发展的虚拟激励-精细积分法(PEM-PIM)能够高效精确地进行车桥耦合系统的垂向非平稳随机振动分析;轨道不平度级别对系统随机振动影响显著,且其一阶、二阶导数项对系统加速度随机响应的影响应予以考虑.     

高速磁浮桥上轨道梁振动特性初步研究

将磁浮车辆、桥上轨道梁及下部桥梁视为整体大系统,建立磁浮车辆-轨道梁-桥梁动力耦合模型,并应用Fortran语言进行程序设计,利用其进行计算机仿真,研究在不同幅值、不同波数和不同波长的正弦不平顺作用下的系统振动响应规律.     

线路不平顺对高速磁浮铁路动力响应特性的影响

基于动力有限元和耦合振动理论建立了高速磁浮列车-轨道梁动力学模型。通过仿真计算得到了高速磁浮线路确定性不平顺及随机不平顺对系统动力指标影响规律,提出了控制磁浮线路不平顺的参考建议。     

基于车桥耦合随机振动分析的钢桥疲劳可靠度评估

发展了一种基于车桥耦合系统随机振动分析的铁路钢桥疲劳可靠度评估方法,建立车桥耦合系统模型,选取车速和轨道不平顺作为基本随机变量进行随机振动分析,以此确定桥梁构件等效疲劳应力幅及其循环次数的概率模型。在此基础上,建立基于S-N曲线法的疲劳极限状态函数并进行疲劳可靠度分析。以一座铁路下承式钢桁梁桥为例进行了疲劳可靠度评估,并讨论了车速及轨道平顺性对构件疲劳可靠性的影响。结果表明:该文方法可有效用于铁路钢桥疲劳可靠度评估;受车速及轨道不平顺随机性的影响,列车引起的桥梁构件等效疲劳应力幅及其循环次数均具有一定的不确定性,应视为随机变量,二者可采用对数正态分布表示;车速和轨道不平顺可显著影响桥梁构件的疲劳可靠性,疲劳关键构件的可靠度指标随着轨道平顺性增强而提高。     

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。     

高速磁浮列车-轨道梁耦合系统轨道不平顺敏感波长研究

轨道不平顺是诱发车-桥系统耦合振动的主要激励源之一,探明系统耦合振动不平顺敏感波长,对线路管理具有重要参考价值。首先,建立了高速磁浮列车-轨道梁耦合系统空间模型,其中磁浮列车被模拟为具有537个自由度的多体动力学模型,轨道梁被模拟为空间有限元模型,两者之间通过基于比例-微分(proportional-differentiation, PD)控制理论的磁轨关系耦合。其次,以上海高速磁浮为研究背景,选用5车编组列车驶过20跨简支梁桥为计算条件,通过与实测结果对比,验证了模型的正确性。最后,考虑轨道谐波不平顺激励,探讨了不同方向的轨道不平顺组合、不同轨道不平顺幅值和不同车速对列车和桥梁动力响应敏感波长及列车运行平稳性的影响。结果表明：磁浮列车-桥系统横向振动和竖向振动耦合性很弱;在设计车速430 km/h下,车体竖向、侧滚和点头加速度敏感波长分别为140～180 m、60～100 m和120～160 m,车体横向和摇头加速度敏感波长大于200 m;当波长为80、105、115、140和160 m时,会分别引发车体侧滚、摇头、横向、点头和竖向方向的共振;车体和主梁的响应幅值与轨道不平顺幅值基本...     

基于车桥耦合模型的高速铁路预应力连续梁桥动力性能研究

本文利用车桥耦合关系建立车桥系统动力模型,模拟工后沉降引起的轨道高低不平顺,得到不同行车速度、不同工后沉降情况下列车和桥梁的动力响应,分析了工后沉降对车桥耦合系统产生的影响及工后沉降的控制指标,结论表明,预应力连续梁桥工后沉降引起的轨道高低不平顺主要影响高速车辆运行的舒适度,特别对车体的竖向加速度影响最大,所以控制工后沉降量的主要指标就是车体的竖向加速度。     

基于车桥耦合振动的车辆舒适性分析

研究车桥耦合振动引起的车辆舒适性问题对合理设计桥梁结构,从而减小车桥耦合振动响应和提高司乘人员的乘坐质量具有重要意义。分别利用有限元法和达郎伯原理建立了大跨度公路斜拉桥三维模型和9个自由度的车辆空间模型。通过位移和力的协调条件将车桥两个子系统耦合起来,求解车桥系统的振动微分方程。基于计算机软件ANSYS中的APDL语言编写了求解振动微分方程迭代计算的命令流,以ISO2631-1―1997标准建立了评价车辆舒适性的方法,并据此分析了主跨为550m的福建长门大桥在多车辆通过时考虑不同车速和车重时的车辆动力响应和车辆舒适性。计算结果表明,随着车速的增加,车辆的动力响应增加,舒适性变差;而随着车重的增加,车辆的动力响应减小,舒适性变好。     

带弹性支撑多跨连续梁桥的车桥耦合演变随机振动

以中间带弹性支撑连续梁桥为研究对象,车辆简化为两自由度车辆移动系统,桥面不平度功率谱密度作为输入,建立了车-弹性支撑连续梁桥的耦合力学分析模型。采用转换矩阵法获取连续梁桥的模态函数,结合状态空间理论和演变随机过程一般理论,给出了整个耦合系统演变随机响应的分析方法,并结合数值算列,探讨了跨中支座条件、桥梁截面抗弯刚度、弹性支撑位置、车辆运行速度及桥面平整度对车桥耦合系统随机响应的影响。     

中下承式拱桥吊杆应力冲击系数不均匀性研究

为研究中下承式拱桥在公路车辆作用下的吊杆冲击系数不均匀性问题,提出基于车桥耦合振动的公路桥梁动力响应分析方法。首先,将车辆简化为4个自由度的整车模型,根据D’Alembert原理推导了车辆振动方程,将桥梁离散为有限元模型,根据车辆与桥梁接触点处位移与力的协调条件耦合二者的振动方程;然后,采用Newmark-β算法,基于MATLAB语言编制了公路桥梁车桥耦合振动计算程序VBAP;最后,以某钢管混凝土拱桥为例,利用该方法与程序分析结构阻尼、桥上路面粗糙度、车重及车速对吊杆应力冲击系数的影响。     

汽车对桥梁冲击作用分析

为了分析汽车桥梁系统参数变化对动力放大系数的影响规律，将桥梁等效为等长的欧拉梁单元，将汽车等效为两自由度五参数模型，在状态空间求解车桥耦合振动方程得到系统的动力响应，定义了由垂向挠度和弯矩表示的动力放大系数。在数值模拟中研究了桥上路面不平顺、桥梁损伤、汽车参数和汽车速度对冲击系数的影响。     

Influence of Critical Current Density on Guidance Force Decay of HTS Bulk Exposed to AC Magnetic Field Perturbation in a Maglev Vehicle System

Superconducting maglev vehicle is one of the most promising applications of HTS bulks. In such a system, the HTS bulks are always exposed to AC external magnetic field, which is generated by the inhomogeneous surface magnetic field of the NdFeB guideway. In our previous work, we studied the guidance force decay of the YBCO bulk over the NdFdB guideway used in the High-temperature superconducting maglev vehicle system with the application of the AC external magnetic field, and calculated the guidance force decay as a function of time based on an analytic model. In this paper, we investigated the influence of the critical current density on the guidance force decay of HTS bulk exposed to AC field perturbation in the maglev vehicle system and try to adopt a method to suppress the decay. From the results, it was found that the guidance force decay rate was higher for the bulk with lower critical current density. Therefore, we could suppress the guidance force decay of HTS bulk exposed to AC external magnetic field perturbation in the maglev vehicle system by improving critical current density of the bulk.     

车桥耦合系统的非线性动力分析

研究了车桥耦合系统的非线性动力特性。基于哈密尔顿能量原理和欧拉-贝努利梁假设,考虑梁的几何非线性影响,建立了移动振动车辆模型下桥梁的耦合非线性振动方程,应用伽辽金法和Runge-Kutta法对方程进行求解,算例中探讨了车辆质量、车速、桥梁阻尼和桥跨径等参数对车-桥耦合系统非线性振动性能的影响。     

Influence of Thermal Conductivity on Guidance Force Decay of HTS Bulk Exposed to AC Magnetic Field Perturbation in a Maglev Vehicle System

Bulk superconductors have great potential for various engineering applications, especially in a high-temperature superconducting (HTS) maglev vehicle system. In the vehicle system, the stable levitation can be achieved without any complex control system owed to the pinning effect of the bulks. However, the HTS bulks in the vehicle system were always exposed to the time-varying external magnetic field, which was generated by the inhomogeneous surface magnetic field of the NdFeB guideway. In our previous work, we studied the guidance force decay characteristics of the YBCO bulk over the NdFdB guideway used in the HTS maglev vehicle system by an experiment in which the AC external magnetic field generated by an electromagnet was used to simulate the time-varying external magnetic field caused by the inhomogeneity of the guideway, and calculated the guidance force decay as a function of time based on an analytic model. In this paper, we investigated the influence of thermal conductivity on the guidance force decay of HTS bulk exposed to AC field perturbation in the maglev vehicle system and tried to adopt a method to suppress the decay. From the results, it was found that the guidance force decay rate was higher for the bulk with the lower thermal conductivity. So, we could reduce the guidance force decay of the HTS bulk exposed to the AC external magnetic field perturbation in the maglev vehicle system by improving the thermal conductance of the bulks.     

车桥系统耦合振动分析的数值解法

将整个车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统，采用分离的车辆和桥梁运动方程，提出了车桥系统耦合振动分析的数值解法，该法以车轮与桥面钢轨之间位移协调作为收敛条件，在每一时间步长内运用了Newmark-β积分格式。并运用所编制的程序对京沪高速铁路南京越江桥三塔PC箱钢桁叠合主梁斜拉桥方案的车桥动力响应进行了分析，计算结果表明了本文方法的可靠性与有效性。     

拱桁组合体系桥车桥振动分析的模态法

首先计算出拱桁组合体系桥梁的自振特性,以桥梁自由振动的模态和正则坐标作为桥跨结构振动的位移函数,将列车—桥梁作为一个系统,计算出在正则坐标下的桥梁结构及车辆的总势能。基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则,建立并求解了车桥时变系统在正则坐标下的空间振动方程（一个方程组,而不是车桥各自独立的两个方程组）。有效地减少了车桥振动的自由度和计算机时。计算了某拱桁组合体系桥车桥系统的振动响应。并用该方法计算了41号桥下弦节点的全振幅。计算值与实测值接近,证明该方法是可靠的。     

Influence of Work Height on Guidance Force Decay of HTS Bulk Exposed to AC Magnetic Field Perturbation in a Maglev Vehicle System

Bulk superconductors have great potential for various engineering applications, especially in superconducting maglev vehicle systems using high-temperature superconducting bulks. In such a system, the HTS bulks were always exposed to AC external magnetic field, which was generated by the inhomogeneous surface magnetic field of the NdFeB guideway. In our previous work, it was observed that the guidance force of the YBCO bulk over the NdFdB guideway used in the high-temperature superconducting maglev vehicle system was decayed by the application of the AC external magnetic field. In this paper, we investigate the influence of the work height on the guidance force decay of HTS bulk exposed to an AC field perturbation in the maglev vehicle system and try to adopt a method to suppress the decay. From the experimental results, it was found that the decay rate of the guidance force was smaller at higher work height in the case of the same field-cooled height. So we could suppress the guidance force decay of HTS bulk exposed to AC external magnetic field perturbation in the maglev vehicle system by increasing the work height of the bulk.