车⁃路弱耦合振动作用下沥青路面动态响应

为研究车-路弱耦合作用下沥青路面动态响应,建立13自由度三维整车-橡胶轮胎-沥青路面弱耦合模型。考虑车体悬架、路面不平度及沥青混合料黏弹性,采用中心差分法求解,并与实际车-路弱耦合试验进行比较。结果表明:纵向剪应变计算值与试验值最大误差为5.74%,说明本模型具有一定合理性;轮胎与路面处于三向力接触状态,车辆动载作用下三向接触力与悬架力均大于移动恒载;上、中、下面层纵向最大压应力比移动恒载分别大18.8%,11.8%和7.4%,竖向最大压应力比移动恒载分别大18.9%,19.8%和20.4%,横向最大压应力比移动恒载分别大10.2%,4.69%和2.1%。     

多跨度连续桥梁动态响应的研究

根据哈密顿原理，提出了应用插值振型函数法，研究多跨连续梁在移动荷载作用下车桥耦合振动的动态响应问题。在具体的算例中，给出了三跨等截面连续梁在不同速度的移动荷载作用下的数值结果。算例分析表明，该方法具有很好的收敛性和很高的精度。     

不同移动荷载速度下轨道结构动态响应研究

基于无限周期结构在频域内响应的性质和叠加原理,推导出移动荷载作用下轨道结构上任意点的垂向振动频率响应函数,数值分析了在单个移动荷载及6节B型鼓形车编组的系列移动荷载作用下不同移动速度对轨道结构动态响应的影响。研究结果表明:钢轨动态响应共振峰出现在荷载激励频率附近。在共振区随着移动速度的增大钢轨动态响应的频谱峰值带宽逐渐增大,但荷载激励频率附近的一个窄频段内的位移响应将减小。在非共振区随着移动速度的增大,钢轨动态响应将显著增大。相对于单个移动简谐载荷,系列移动简谐载荷使钢轨动态响应的频谱峰值及峰值带宽增大;随着移动速度的增加,钢轨动态响应的频谱峰值带宽增大。     

移动荷载下轨道-隧道-地基振动响应分析

地铁列车运行引起的环境振动日益引起人们的关注。通过引入位移势函数和傅里叶变换,推导了移动荷载作用下轨道 隧道 地基纵向二维耦合模型的振动响应解答,并与一维地基梁模型的响应结果进行比较。研究表明,将隧道考虑为Timoshenko梁时得到的隧道挠度及地层位移要比Euler梁时的大,但系统的临界速度会有所降低。隧道埋深越大,隧道和地基变形越小;反之,下卧地层越厚,隧道和地基的振动位移越大。浮置板轨道可以有效减少传递至隧道上的振动荷载幅值,但对隧道和地层位移的影响不大。一维轨道 隧道 地基模型可以用来确定隧道内的振动荷载,但是两者的挠度计算结果只在列车速度及地基厚度不大时较为接近,否则差异较大。研究对于地铁振动响应的理论分析具有一定的参考价值。     

连续梁桥钢阻尼滑板支座设计参数优化方法

钢阻尼复合滑板支座具有滑动耗能、自复位且经济性好的优点,但对其实际隔震性能还缺乏实桥试验验证,不同设计参数对其隔震率的影响规律也缺乏认识。针对这些问题,以一座两跨连续梁桥为研究对象,进行1∶5缩尺比模型的振动台试验,分析了墩顶位移、墩底剪力和桥面位移的减震率,比较了不同强度地震作用下高阻尼橡胶支座和钢阻尼滑板支座的隔震效果。结合有限元模型,分析了不同类型地震作用下屈服力、初始刚度、屈服刚度比对墩顶位移、墩底剪力和桥面位移减震率的影响规律,并分析了参数取值范围。结果表明,钢阻尼滑板支座的隔震效率在纵桥向略优于高阻尼橡胶支座,横桥向则接近高阻尼橡胶支座。 综合考虑桥面板位移、墩顶位移和墩顶剪力的减震率,可以确定出钢阻尼滑板支座的有效取值范围,对实桥的支座设计有借鉴作用。     

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。     

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。     

约束阻尼钢轨减振性能的有限元分析

为研究约束阻尼钢轨的减振性能,利用有限元软件建立标准钢轨模型、单层约束阻尼钢轨模型和多层约束阻尼钢轨模型。首先对其进行谐响应分析,获得3种钢轨的振动规律。然后以移动载荷模拟轮轨滚动接触行为,分析3种钢轨的动态响应规律。谐响应分析发现,约束阻尼在显著频率处可以有效地降低钢轨的位移峰值,多层约束阻尼钢轨减振效果最好。移动载荷激励下的结果也表明约束阻尼可以有效降低钢轨轨顶和轨腰的垂向位移,且多层约束阻尼钢轨减振效果优于单层约束阻尼钢轨。     

CRTSⅡ型轨道砂浆脱空对车辆-轨道系统动力性能的影响

为研究CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层与轨道板脱离对车辆和轨道结构动态响应的影响，利用有限元分析软件ANSYS结合动力学仿真软件SIMPACK建立了CRH2型车辆-弹性轨道耦合动力学模型。分析板端砂浆横向完全脱空时，不同脱空位置和脱空长度对轮轨垂向力、轮重减载率、车体垂向加速度、轨道垂向位移和轨道板拉应力的影响。结果表明：轨道板垂向位移和拉应力受砂浆脱空影响最大，可作为砂浆脱空时，轮轨系统是否满足安全要求的衡量指标。车辆和轨道位移响应受板端单侧脱空和板端对称脱空影响基本相同，但相邻板端脱空对其影响更加显著；板端单侧脱空和相邻板端脱空对轨道板拉应力影响较为一致，但其影响力度小于板端对称脱空。板端单侧脱空长度达1.95 m、板端对称脱空和相邻板端脱空长度达1.3 m时，车辆或轨道结构响应将接近或超出安全限值。通过分析砂浆不同脱空工况下轮轨系统动力学响应，可为砂浆脱空维修提供依据。从而减少轨道维修次数、节约维修成本，同时延长轨道系统寿命、保证行车安全。     

水下系泊监测平台动态响应的计算模型与数值模拟

基于Hopkinson冲击载荷理论,针对水下系泊监测平台在水流作用下的动态响应,考虑系泊缆的垂度效应,采用等效弹性模量法修正拉力和弦向作用力之间的差异,建立了水下系泊监测平台的计算模型和数值分析模型。利用水力学理论、海洋工程结构力学理论以及流固耦合的方法分别对计算模型和数值分析模型进行求解,研究了浮体在水流作用下的动态响应特性。结果表明,浮体会产生较大的垂荡位移和横荡位移,横荡位移很快趋于平稳,垂荡位移受水流涡激升力的影响会产生振动。     

基于PPTSVD的桥梁移动荷载识别

为了改进时域法(time domain method,简称TDM)识别桥面移动荷载时存在的识别精度受测量噪声、响应类型及数量影响较大等缺陷,在截断奇异值分解(truncated singular value decomposition,简称TSVD)的基础上,提出了基于分段多项式截断奇异值分解(piecewise polynomial truncated singular value decomposition,简称PPTSVD)识别桥梁移动荷载。采用简化欧拉梁模型,由反演车辆荷载作用下桥梁的弯矩响应和加速度响应识别桥面移动荷载,得到了不同噪声水平下TDM,TSVD与PPTSVD的识别结果。研究结果表明,与采用奇异值分解(singular value decomposition,简称SVD)进行常规降噪的TDM相比,采用TSVD识别移动荷载在识别精度和抗噪性能方面均有一定提高,且由TSVD改进的PPTSVD识别方法较前两种方法具有更加明显的优势;PPTSVD识别精度高、识别结果受响应类型及响应组合影响较小且具有良好的鲁棒性,更适用于桥梁移动荷载的现场识别。     

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。     

小变形悬架衬套全刚度力学模型的建立与验证

鉴于衬套对悬架及整车性能影响较大,以扭力梁后悬架的橡胶-钢衬套为研究对象,先通过有限元分析结合响应面优化算法对相应Yeoh本构模型的多系数寻优,拟合出逼近试验曲线的沿x/y/z三向刚度仿真曲线,为优化后的衬套模型建立新的边界条件,求解拟合出绕x/y/z三向扭转刚度仿真曲线;进一步以扭力梁后悬架的极限扭转为工况,分别对含全6向刚度衬套力学模型和含刚柔耦合预紧衬套模型的扭力梁后悬架进行结构强度分析,两种分析结果均满足材料强度要求,最大应力和最大位移出现位置相同,各自相对误差分别是6.58%和1.27%,工程中属可接受范围。研究表明,在开展小变形范围内的悬架橡胶-钢衬套相关研究时,为达到减小建模工作量、缩短计算时间、不降低计算精度等目的,可以使用简单的全6向刚度衬套力学模型代替其他较复杂衬套模型。     

高架桥动力模型设计及其振动台台阵试验研究

城市高架桥的主要型式是连续桥梁，多跨连续梁桥由于延伸长，跨数多，在研究其抗震性能时，需考虑地震动的空间效应。为了保证数据的可靠性，需要数值模拟与振动台试验相结合，而传统振动台由于数量和尺寸的因素无法进行此类桥梁的振动台试验。设计并制作1∶10几何比例的连续梁桥缩尺模型，利用多子台振动台台阵系统对其进行了水平向振动台试验，识别其动力特性参数，得到了在不同地震波输入下模型加速度、位移和应变响应及其规律，并与数值模拟进行对比，实测数据与计算值吻合的较好。     

台风浪下海上机场VLFS动态响应与能量转换机理

超大浮式结构（very large floating structure,简称VLFS）是集空港和海港为一体的大型海上多功能浮式结构,现有研究大多关注规则波下刚性模块柔性连接模型的动力响应,忽略了台风浪极端环境下海上机场自身柔性引起的非线性振动特性。针对此问题,提出了一种新型多柔-刚性混合模块建模方法,采用Jonswap谱特征参数对台风“鲇鱼”过境实测海浪谱开展了精细化仿真模拟,分析了台风浪下海上机场VLFS整体和局部非线性动态响应特性,揭示了海上机场与环境荷载之间的能量转换机理。结果表明：海上机场多柔-刚性混合模块模型可以较好地反映此类VLFS结构动力响应特性;海上机场超长柔性及台风浪场不均匀性使其结构呈现显著非线性,位移、转角和水弹性变形分别以沿波向、绕展向和沿垂向为主,极值应力主要分布于撑杆附近;环境荷载能量和结构重力势能在初始阶段主要转换为系泊势能,稳定阶段则主要转换为结构动能和弹性势能。     

基于ANN和动应变的梁桥移动荷载识别及试验

为了实现桥梁上车载参数的快速识别,基于欧拉梁动力解析解分析桥梁挠度和应变对移动荷载的敏感性,选择敏感性更强的应变作为输入参数,研究将人工神经网络(artificial neural networks,简称ANN)用于识别梁桥移动车载的理论和方法。对简支梁桥在移动车载作用下的动应变响应进行理论分析及数值模拟,选取不同工况下的模拟数据对网络进行训练,分析激活函数组合和训练方法对网络精度的影响及噪声水平对动荷载工况下正确识别率的影响。通过车-桥模型动力试验验证该方法的合理性和可用性。结果表明,不同激活函数组合对识别结果影响较小,而不同的训练算法对识别结果影响较大,在应用神经网络识别桥梁移动荷载时,可以通过桥梁的动应变,对车辆的位置、速度和动荷载进行识别。     

三层结构导电聚合物驱动器动态特性及其建模研究

由导电聚合物聚吡咯(PPy)制备而成的驱动器是一种离子型电活性聚合物驱动器(EAPs)。针对三层结构导电聚合物驱动器的动态特性问题,通过建立动态特性测量系统对其进行研究分析,对驱动器PPy层发生氧化还原反应过程引起膨胀收缩的机理建立了等效电路模型,并进行了验证分析。采用系统辨识频率特性方法获得了驱动器系统的高阶传递函数模型,以提高该类驱动器控制模型精度。实验结果表明,等效电路模型分析能有效描述三层结构导电聚合物驱动器的动态输入/输出特性,传递函数模型能精确有效地预测驱动器动态位移响应。     

基于DDAM方法的发射装置支架抗冲击分析

简要介绍动态设计分析方法 (DDAM),采用DDAM对发射装置支架进行抗冲击分析。通过计算得到支架的三向冲击应力和位移响应云图,总结得出支架的抗冲击特性和规律。仿真结果表明,发射装置支架的垂向抗冲击能力低于横向、纵向的抗冲击能力。所使用的仿真方法及得到的分析结果对发射装置的工程设计及性能校核具有参考价值和指导意义。     

随机不平度激励下车辆-沥青路面动力学响应分析

高效准确地获取随机不平度激励下车辆-沥青路面交互作用特性,对路面友好型车辆设计、路面服役性能评估极为必要.采取解析法和顺序解耦的求解思路,首先推导随机不平度激励下1/4车辆模型的随机动荷载;而后借助相对坐标变换和Fourier积分变换,基于波传递方法,推导移动车辆随机动荷载作用下黏弹性多层体系沥青路面动力响应解析解,并编制相应的数值计算程序.通过车辆-路面动力学响应算例分析,得出沿车辆移动方向各纵向位置处的沥青路面动力响应幅值与随机动荷载相关.通过车辆-路面系统参数影响分析,可以发现,降低悬架和轮胎刚度系数、增大悬架阻尼系数可以降低沥青层底纵向应变,有利于提高路面疲劳寿命;轮胎阻尼系数对路面动力响应几乎无影响;路面不平度的劣化会显著加剧路面疲劳损伤;增大车辆移动速度会降低沥青层底纵向应变均值,但会增大其变异系数,故为了准确评估路面疲劳寿命,需充分考虑车辆移动速度对动力响应均值和变异系数的综合影响.     

基于准静态挠度曲面的桥梁无模型损伤定位

为简化损伤识别流程,避免动力模型修正的复杂性,首先,将挠度曲线和位移影响线相结合,针对移动荷载作用下的中小跨径桥梁结构提出准静态挠度曲面的概念;其次,基于虚功原理推导挠度曲面的解析表达式,并给出实际应用时的矩阵表达方式;然后,以简支梁和连续箱梁桥为例,提出采用梁损伤前后的挠度曲面差来定位损伤;最后,对一变截面连续箱梁桥...