变速移动荷载下轨道结构动力响应解析解研究

为了研究列车进出站对周围环境的振动影响,推导了轨道结构在变速移动荷载作用下动力响应的解析解形式。首先以Duhamel积分为基础,应用动力互等定理,得到了变速移动荷载作用下,半无限弹性空间体上任意点动力响应的一般表达式;然后在该式的基础上,针对轨道结构的周期性特点,将荷载沿钢轨的移动问题转化为拾振点以轨枕间距为周期向反方...     

轨道结构在移动荷载作用下的周期解析解

为研究列车振动在地表的传播规律,推导了轨道结构在移动荷载作用下动力响应的解析解形式。文中首先以Duhamel积分为基础,应用动力互等定理,得到了移动荷载作用下,半无限弹性空间体上任意点的动力响应的一般表达式;然后在该式的基础上,针对轨道结构的周期性特点,将荷载沿钢轨的移动问题转化为拾振点以L为周期向反方向跳跃式移动与荷载只在一个轨枕间距L内移动的组合移动问题。以此,将一个从-∞到+∞的积分问题转化为了任意点频域周期解析的叠加问题,从而得到了轨道结构在移动荷载作用下动力响应的新的解析解形式。     

移动载荷下粘弹性道路瞬态响应解析解

为了研究沥青路面动力响应,本文同时考虑道路基层和面层的粘弹性,将道路面层看作具有粘弹性的无限长梁作用在Kelvin粘弹性地基上,建立了移动载荷作用下路面动力学模型,利用Green函数法、Laplace变换和Fourier变换等方法,推导出了基于面层和基层粘弹性的移动载荷作用下路面瞬态响应解析解。由于该模型考虑了面层的粘弹性,从而能更全面的考虑车速、温度、道路材料等因素对路面动力响应的影响。     

移动谐振荷载作用下浮置板轨道的动力响应

在移动谐振荷载作用下,依据周期结构响应的性质,将无限长浮置板轨道响应的问题求解转化到在一块浮置板长度范围内进行,并通过浮置板的位移影响矩阵在频域内实现了钢轨和不连续浮置板的耦合,求得了该范围内钢轨的动力响应,进而以此为基础求得了轨道结构上任意一点的动力响应。结果表明:移动谐振荷载作用下,在移动荷载自身激振频率附近,浮置板轨道位移响应频谱达到峰值;随着移动谐振荷载速度的增大,在频谱上,荷载自身激振频率附近很窄的频段位移响应会有所下降,而在其他大部分频段位移响应会有显著增加;当谐振荷载激振频率与浮置板轨道的固有频率一致时,发生共振现象,在频谱上位移响应的峰值远远大于其他激振频率时响应的峰值;浮置板轨道在移动荷载作用下,存在由荷载周期通过不连续浮置板和扣件而引发的参数激励;当移动谐振荷载激振频率接近有限长浮置板形成驻波的频率时,轨道结构也会产生较大的位移响应。     

地下箱形结构在爆炸地震波作用下动力响应的解析分析

基于平面弹性波动理论,建立了爆炸地震波作用下地下箱形结构动力反应的衍射模型,并与一维集中参数模型、一维弹塑性波动理论模型以及洛阳土中试验结果进行对比,验证了模型的正确性。研究了入射波角度、衬砌宽高比、围岩介质和爆炸距离的波动特性,结果表明：随着入射角度的增加,衬砌不同部位呈现明显的非一致分布特性,左侧墙位移大于顶板和底板;随着宽高比的增加,衬砌位移峰值增大,顶板和侧墙轴力减小;当阻抗比大于0.17时,围岩特性对衬砌动力的影响更加明显;衬砌各位置的应力幅值随爆炸距离增加而减小,距离越大,影响越弱。     

高速列车荷载作用下无砟轨道地基竖向耦合动力响应研究

建立高速列车荷载作用下车辆系统-无砟轨道-地基耦合动力模型,通过Fourier变换求解弹性半空间地基土体的动力控制方程,同时根据轨道底座与半空间的接触条件得到了弹性半空间表面竖向位移在频域内的表达式,再采用快速Fourier 变换求得了时域内的土体位移解。结合算例,分析了列车速度、轨道结构参数等因素对地基动力响应的影响。研究结果表明:板下调整层弹簧刚度系数越大,地基土动力响应越大,地表振动越大;底座弯曲刚度越大,地基土动力响应越小;随着列车速度增加,地基土动力响应增大;距离轨道中心处越远,地基土动力响应越小。     

移动荷载作用下饱和地基上板式轨道动力分析

采用半解析法研究了列车荷载作用下板式轨道-下卧饱和土体系统的动力响应问题.采用双层弹性Euler梁来模拟板式轨道中的钢轨和轨道板,采用弹簧-阻尼器来模拟轨下垫圈.列车荷载采用一系列移动的点荷载来模拟,下卧土体采用多孔饱和半空间模型,并假定半空间土体表面与轨道板接触面完全透水.利用Fourier变换方法在变换域内求解轨道和土体的控制方程,饱和土体动力响应在时域内的结果通过快速Fourier变换求得.文章中主要研究了轨道板刚度和土体渗透系数对土体位移和加速度响应的影响.研究表明,土体中液相介质的存在会对土体的振动响应产生很大影响,且适当增大轨道板刚度可有效控制高速列车引起的土体动力响应.     

地下列车移动荷载作用下隧道及自由场的动力响应解

针对地下列车运行引起的隧道和自由场上的振动响应问题,利用隧道-自由场动态相互作用系统在隧道轴线方向上的一致性或周期性,采用Fourier变换和Floquet变换等方法,在频率-波数域内推导了在移动荷载作用下隧道及自由场的动力响应解,此解把地下列车运行引起的动力响应问题归结到计算频率-波数域内的传递函数和频域内的移动外荷载的问题上,传递函数采用三维周期性有限元-边界元耦合的数值模型来计算,移动外荷载主要考虑为频域内轨道不平顺情况下的轮轨接触力.利用此动力响应解对北京地铁1号线东单站至建国门站区间的动力响应进行了计算,计算结果表明此方法具有良好的适用性.     

变速移动荷载作用下简支梁桥的动力响应及共振分析

基于振型叠加原理,采用广义坐标变换的方式建立了移动荷载匀变速通过简支梁桥时系统的动力平衡微分方程并编写了分析程序。以某3×32 m铁路多跨简支箱梁桥为例,计算得到车辆匀速运行时桥梁最大挠度随车速的变化曲线,选取曲线上的代表值点进一步计算,并从车桥共振的角度详细分析了桥梁最大挠度的变化趋势以及车辆变速运行对桥梁最大挠度的影响。     

水位变化对于移动荷载作用下土体动力响应的影响研究

采用上覆弹性层饱和地基土模型描述水位于地表以下的地基动力响应问题,利用改变弹性层厚度模拟土体中水位的变化。基于Biot饱和多孔介质动力方程和层间连续性条件,求解出上覆弹性层饱和半空间频域波数内位移场表达式,通过Fourier逆变换得到3维空间域的结果,研究了水位变化对于土体动力响应的影响。数值计算结果表明,水位的变化会对地基中波的传播产生一定影响。当水位离地面较深时,地面竖向位移值与弹性半空间情况类似;随着水位上升,弹性层和饱和半空间界面上的反射波会对地面竖向位移产生影响,导致地表位移值较弹性半空间下的结果有所增大,当水位接近地表时,位移值变化类似于饱和地基土。     

受移动质量作用的一类变截面梁横向振动分析

采用半解析法计算了横截面积、横截面的惯性矩沿轴线方向以幂函数规律变化的一类变截面梁的固有频率和振型,通过与有限元法的计算结果比较说明了半解析解的精确性。在此基础上,考虑牵连惯性力、相对惯性力、科氏力和离心惯性力的影响,推导了变截面梁受移动质量作用的横向弯曲振动方程,并采用Newmark法进行数值求解。以某梁式结构受移动质量作用为例,将其简化为横截面积和惯性矩沿轴线按任意次幂函数变化的变截面梁,结果表明：该方法能够正确、有效地处理此类问题。     

匀变速移动质量与简支梁耦合系统的振动分析

对受变速移动荷载作用的简支梁的动力响应分析过程中,同时考虑移动质量的牵连惯性力及其加速度对梁横向振动的影响.利用时变力学系统的求解方法,得到在移动质量的初速度和加速度两个运动参数变化情况下,梁的挠度变化规律.数值结果表明,移动质量的加速度对梁横向振动的影响不能忽略,否则将产生较大的误差,而它的牵连惯性力对梁的横向振动影响不大,在一般的计算中可以忽略其影响以简化运算.     

一类变截面梁横向自由振动的精确解析解

本文研究了一类变截面梁的横向自由振动问题，半径按抛物线变化的圆形变截面梁以及高度按抛物线变化而宽度接任意次幂函数变化的矩形变截面梁是这类梁的两个典型特例。求得了其横向自由振动的精确解析解。解的形式与楔形梁完全不同，是一以幂函数表示的初等函数。本文最后给出了两个算例。     

柔性梁上高速移动质量动力响应分析

与通常研究移动质量与结构的动力相互作用不同,本文认为移动质量在梁上的刚体运动不是预先知道的,即考虑Timoshenko paradox效应,建立了移动质量与柔性梁振动微分方程.然后,采用数值积分方法求解耦合系统的动力响应.数值结果表明本文的方法是正确的     

合肥电视塔TMD风振控制的响应分析

本文进行了合肥电视塔风振响应分析,探讨了电视塔人体舒适度设计准则。计算表明,电视塔上塔楼的加速度响应大大超出了容许的最大加速度限值。因此,利用塔上60t重的生活、消防用水箱作为调频质量阻尼器(TMD)。通过在频域内大量的TMD参数研究,确定TMD的优化参数。研究结果表明,具有最优参数TMD可以显著提高电视塔的人体舒适度性能,上塔楼的加速度响应下降了49%。在此基础上,本文提出了TMD优化参数的选择路线,结合受控和未控结构的响应比与频率比和TMD阻尼比的关系曲线,采用图解法确定了满足减振要求的TMD优化参数。     

干摩擦动力吸振器简谐激励响应计算的最优化方法研究

研究了两自由度滑动摩擦系数随相对速度变化的干摩擦吸振系统简谐激励响应计算问题，提出了最优化处理方法，并推导了相应的迭代方程。通过一个数值例分析，考察了干摩擦动力吸振器的性能及简化为理想干摩擦模型时带来的计算误差。     

非恒定滑动摩擦系数振动系统等效线性化计算方法研究

研究了单自由度滑动摩擦系数随相对速度变化的干摩擦振动系统简谐激励响应计算问题 ,提出了等效线性化处理方法 ,并推导了相应的频响方程。通过一个数值例分析 ,考察了简化为理想干摩擦模型时带来的计算误差