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。     

铁路卧铺客车人体振动舒适性建模与仿真

铁路卧铺客车乘客在卧姿状态下所承受的全身振动是影响其乘用舒适度的主要因素。研究了卧姿人体垂直振动模型,在铁道车辆二系悬挂动力学模型基础上,考虑卧铺的隔振作用与卧姿人体的垂直振动响应特性,建立了14自由度"人-铺-车辆"振动系统空间垂向耦合动力学模型,研究了在轨道随机不平顺激励下的卧姿人体垂直振动响应。应用卧姿人体全身振动舒适性评价标准,建立了铁路卧铺客车人体振动舒适性仿真流程。通过对人体头-臀二部位加速度均方根值先后进行部位计权和频率计权,得到卧铺客车卧姿人体振动舒适性指标。以M atlab为工具编制了卧铺客车人体振动舒适性仿真软件,交互输入车辆与人体的结构和动力学参数后,自动完成卧姿人体振动舒适性仿真计算,进而为铁路卧铺客车人体振动舒适性分析及车辆悬架参数优化提供了有效分析手段。     

考虑桥面等级退化影响的风-车流-桥梁耦合振动分析

综合考虑了车流随机性和桥面等级退化等因素,提出了一种新的分析模型,该模型能分析在役桥梁不同服役期间在交通荷载及风耦合作用下的桥梁动态响应。基于已有车辆模型,建立了一个可考虑车辆纵向振动的18自由度空间车辆模型,考虑邻近车辆影响基础之上的改进CA(Cellular Automation-元胞自动机)模型和桥面退化模型,并引入等效车轮荷载的方法,通过风、桥梁和车辆相互作用关系,建立了风-车流-桥梁系统的耦合振动分析模型。数值计算表明:该文所提出的方法能够合理的模拟风-车流-桥梁系统的耦合振动。     

考虑路面不平顺随机性的汽车过桥动力响应分析

为分析考虑随机路面不平顺情况下的车辆过桥动力响应,建立了随机汽车-桥梁耦合振动模型,路面不平顺采用路面谱进行模拟转换,引入概率密度演化方法对系统的随机响应进行计算,通过2个算例进行了验证:与经典算例进行对比验证模型的可靠性;与蒙特卡洛法对比验证了概率密度演化方法计算随机车-桥系统动力响应的精度及效率。2个算例证明了该随机振动系统模型计算结果可靠,同时概率密度演化方法能够在保证精度的前提下有效提高计算效率。对不同道路不平度、不同车速情况下的车辆、桥梁随机响应进行分析,结果表明:车速对桥梁响应均值的影响不敏感,对车辆响应均值影响较大;桥梁与车辆响应标准差均随车速增大而增大。不同道路等级工况下,桥梁位移与车辆加速度概率最大值总体上都随车速增大而增大;在不同速度工况下,桥梁位移与车辆加速度概率最大值随着道路等级变差而明显增大。     

列车-高架桥式客站耦合系统振动响应分析

针对中国高速铁路"站桥合一"大型枢纽客站的车致振动问题,以新长沙南站为例,利用自主开发的计算分析软件TRBF-DYNA建立了列车-轨道-客站耦合系统空间整体动力学分析模型,研究车致客站振动响应的分布规律、传播和衰减规律。车辆采用31自由度车辆模型,采用有限元方法建立轨道-客站三维整体动力学模型,轮轨之间采用空间非线性接触模型。开展了单线和双线行车工况下的列车-轨道-客站耦合振动分析。结果表明:受列车竖向动力荷载控制,客站以竖向振动为主;无砟轨道结构可以过滤轮轨高频激励,降低列车对轨道层主梁的冲击作用;桥式结构体系可以较好地减小轨道层振动对上部结构振动的影响;双线行车引起的客站振动响应高于单线行车,但均能满足舒适性要求;车辆行车安全性指标符合规范要求,表明该客站结构设计具有较高的安全储备。     

列车-高架桥式客站耦合系统振动响应分析EI北大核心CSCD

针对中国高速铁路"站桥合一"大型枢纽客站的车致振动问题,以新长沙南站为例,利用自主开发的计算分析软件TRBF-DYNA建立了列车-轨道-客站耦合系统空间整体动力学分析模型,研究车致客站振动响应的分布规律、传播和衰减规律。车辆采用31自由度车辆模型,采用有限元方法建立轨道-客站三维整体动力学模型,轮轨之间采用空间非线性接触模型。开展了单线和双线行车工况下的列车-轨道-客站耦合振动分析。结果表明:受列车竖向动力荷载控制,客站以竖向振动为主;无砟轨道结构可以过滤轮轨高频激励,降低列车对轨道层主梁的冲击作用;桥式结构体系可以较好地减小轨道层振动对上部结构振动的影响;双线行车引起的客站振动响应高于单线行车,但均能满足舒适性要求;车辆行车安全性指标符合规范要求,表明该客站结构设计具有较高的安全储备。     

基于车桥耦合振动分析的大跨径曲弦桁梁桥加固方案评价研究EI北大核心CSCD

为评价在役曲弦桁梁桥加固方案,以122 m跨径彩虹桥为工程背景,采用考虑跳车脱空时段的车桥耦合振动分析方法,进行在役曲弦桁梁桥及其加固方案的车桥耦合振动分析,通过计算加固前后桥梁的频率与振型、位移及冲击系数、振动加速度峰值、舒适性等动力性能指标来评价桥梁加固效果,并探讨各评价指标的适用性。结果表明:桥梁加固方案的整体竖向和扭转刚度较原桥有明显提高,桥面竖向刚度显著提高;在汽车动力荷载作用下,桥梁加固方案的各动力响应、冲击系数和振动程度均有效降低,行人舒适性良好。容许加速度评价方法可以很好反映桥梁结构的振动程度,可用于桥梁加固方案动力性能评价;基于最大速度响应的振动感觉指标和基于加速度均方根的振级指标均能较好地评价桥梁舒适性评价;仅以冲击系数作为桥梁加固方案动力性能评价指标不合适。     

考虑车下设备的城轨车辆弹性车体垂向振动特性研究

以研究城市轨道车辆弹性车体振动特性与车下设备之间的耦合振动关系为目的,利用模态叠加法原理建立了含有车下设备等效欧拉梁车体的刚柔耦合多体动力学模型。在多种不同工况下分析了城市轨道车辆弹性车体中部与转向架上方的振动响应,讨论了车体的一阶弹性模态频率对弹性共振速度的敏感性,从全车长角度分析了车体与车下设备之间的耦合振动关系,并分析了全车振动变化情况,最后对车辆平稳性进行了评价。研究结果表明:车下设备采用弹性悬挂对车体全车振动有很好的抑制作用;从抑制车体全车振动的角度,需要将设备对称安装在车体中部,对不同质量的车下设备采用弹性悬挂要有选择性;车体弹性振动受共振速度影响较大,在非共振速度下运行,能够有效降低全车的弹性共振,提高乘客的乘坐舒适性。论文工作对减少城市轨道车辆的弹性振动提高车辆舒适性和对车下设备的合理布局与悬挂有一定参考价值。     

琼洲海峡跨海斜拉桥方案车桥系统耦合振动仿真分析

摘要：针对琼洲海峡跨海超大跨度斜拉桥方案,建立整车-整桥系统耦合振动分析的精细化数值仿真模型。采用空间杆系和板壳混合单元有限元方法,建立斜拉桥的动力分析模型,并计算其空间自振特性。利用多体系统动力学软件SIMPACK建立三维空间车辆精细化模型,充分考虑了各种非线性因素的影响。最后,采用基于多体系统动力学与有限元结合的联合仿真技术,计算列车以不同车速单线行车和双向对开通过该大跨度斜拉桥的空间耦合振动响应,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性。计算结果表明：车辆运行安全性可以得到保障,舒适性指标为“优良”;桥梁的具有足够的刚度,振动状态良好。所得结果可供设计参考。     

含呼吸裂缝的桥梁振动响应与时频特性分析

本文对车桥耦合系统的动力响应进行时频特性分析。以欧拉梁模拟有损伤的桥梁,以两轴汽车模型模拟移动车辆,利用有限元法建立了有损伤桥梁结构在车辆作用下的运动方程。运用Newmark直接积分法计算出了车桥耦合系统的振动响应,分析了不同裂缝模型对桥梁动力响应的影响,并借助Hilbert-Huang变换获得损伤桥梁动力响应的时频谱和边际谱,结果表明由于呼吸裂缝的影响,桥梁动力响应将呈现出明显的谐波效应;进一步对比不同车流状况作用下桥梁动力响应的时频特性,车流会对桥梁呼吸裂缝的开合变化产生影响,随着车辆的数目增多,桥梁振动加剧,谐波能量也增大。     

人-车系统的人体乘坐舒适性仿真及实验研究

汽车振动直接影响人体的乘坐舒适性.为了高效地评价振动环境下人-车系统的人体乘坐舒适性,运用ADAMS/View和LifeMOD软件构建了人-车系统生物力学仿真模型,通过对路面不平度的模拟,将不同路面作为振动激励添加到人-车系统的动力学分析当中,进行不同路面及不同车速的人体乘坐舒适性仿真研究.在SA30-S802/ST随机振动台上,进行相应路面及车速激励的人体振动响应实验,并验证了人体乘坐舒适性.将仿真计算与实验结果进行对比研究表明,仿真结果和实验结果基本一致,一定程度验证了所建立的人-车系统生物力学仿真模型的正确性及其进行人体乘坐舒适性仿真的可靠性,对快速评价人-车系统的人体乘坐舒适性具有一定的指导价值,为在汽车产品的设计阶段进行人体乘坐舒适性预测和评价提供了有效方法.     

考虑轮轨接触损失的列车乘员舒适性分析

为探究轮轨接触损失条件下列车乘员舒适性的差异,基于经典半空间10自由度车-桥耦合动力模型,运用集中质量法并引用动态单元法,建立了一个考虑轮轨接触损失的半空间13自由度人车-线耦合动力模型,并开发了一个完整的C++求解程序。计算所得某高架桥铁路运行路段通车时的轨道振动加速度,与实测值进行对比,其峰值波峰波谷间隔极为接近,验证了模型的有效性。基于该模型分析了不同轨道不平顺谱下,车体和等效人体的振动响应,并比较研究了各轨道不平顺谱下车体和等效人体的振动差异。结果表明:不同的轨道不平顺质量将引起车体、等效人体的不同振动响应;且各不同的轨道不平顺质量下,车体和等效人体的振动响应均有所差异。现有以车体振动响应为输入计算评价列车舒适性的方法,并不符合实际工况。该研究中13自由度人车模型与桥梁耦合的同时还考虑了轮轨接触损失的工况,并以等效人体动力响应为输入来计算乘员舒适性,计算结果满足现有的高标准舒适性要求。     

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。     

冰-车-桥系统耦合振动分析

为了研究桥梁结构在车辆和冰荷载共同作用下的振动反应,提出了冰-车-桥系统耦合动力分析框架。在该框架中,每辆车都被视为一个多自由度的运动系统,桥梁结构采用有限元方法进行建模,利用罚函数定义了车轮与桥面之间的接触关系,实现了各子系统之间的接触与交互作用。基于自激冰力模型得到了依赖于冰与结构相对速度的桥梁结构自激冰力,构建了冰-车-桥系统的耦合动力方程,进而开展了冰-车-桥系统耦合振动分析及行车安全评估。研究结果表明：桥梁竖向振动反应随车速的增加而增大,桥梁横向振动反应则受到了冰荷载的控制;车辆的竖向反应主要依赖于车-桥之间的相互作用力,车辆的横向反应则受冰与桥梁之间相互作用力的主导,车辆与桥梁的交互作用受到了车速和冰速的双重影响;快冰速会增大车辆的横向接触力,降低车辆的最小侧滑抗力,不利于行车安全;冰荷载作用下桥上车辆的前轴车轮比后轴车轮更容易发生侧滑;所提出的冰-车-桥系统耦合动力分析框架可为冰荷载作用下跨海桥梁的行车安全评估提供参考。     

大跨度四线铁路桥梁车桥耦合建模与振动分析

以某四线大桥为背景,由实测结构模态参数结合设计相关资料,建立了桥梁基准有限元模型。然后基于此模型,由轮轨法向刚性接触关系,采用模态叠加法建立了车-桥整体系统运动方程,并结合实桥通车实验和数值计算进行对比分析,验证了模型的正确性。最后,开展了多种工况下的车辆-桥梁耦合振动分析计算,对桥梁和车辆的动力响应以及列车运行安全性和平稳性进行了分析评价,得出了一些有工程意义的结论。     

基于有载频率的简支梁桥自振频率计算方法

由于车辆的存在,在桥梁的动力试验中,测试到的桥梁频率实际上是以桥梁振动为主要振动形式的车-桥耦合系统的振动频率(工程上称为有载频率),而非桥梁自身的固有频率.基于车-桥系统的耦合振动模型和模态分析技术,提出了多个车辆作用下的桥梁有载频率计算方法.在中小跨径的公路桥梁的动态检测中,往往采用单个车辆对桥梁进行激振.对此推导...     

扣件胶垫温变特性对车辆-轨道垂向耦合动力响应的影响分析

为了更加科学的表征扣件系统的温变力学特性,以此实现车辆-轨道耦合振动的精确预测,以高速铁路WJ-7B型常阻力扣件的扣件胶垫为研究对象,采用动态力学分析仪对扣件胶垫进行温度扫描试验,将试验所得的模型参数与基于格林函数法建立车辆-轨道垂向耦合动力学分析模型相结合,采用虚拟激励法分析扣件胶垫温变对车辆、轨道的结构振动响应的影响规律。计算结果表明:扣件胶垫的模量值和损耗因子具有明显的低温敏感性;扣件胶垫的温变特性对车体的振动响应基本无影响;转向架、轮轨力、轮对、钢轨在中频段内的振动响应峰值频率随温度降低均向右迁移,峰值减小;扣件胶垫的刚度和损耗因子在玻璃化转变区数值较大,导致轮轨耦合系统的刚度和损耗因子均较大,表现为振动主频的右移和高频振动响应的衰减。     

基于动柔度法的轨道高架桥橡胶垫减振性能研究

为探讨下橡胶垫对桥梁减振效果,基于动柔度法建立车辆-轨道-桥梁耦合的垂向动力学模型,车辆考虑1/8轮对系统,只考虑一系弹簧阻尼计算车轮动柔度,钢轨看作无限长Timoshenko梁,桥梁简化为简支的Euler梁,扣件系统、橡胶垫用线性弹簧阻尼单元模拟,联合车轮动柔度、钢轨动柔度和线性接触动柔度计算频域轮轨力并施加到钢轨上,计算钢轨、道床板、桥梁的动力响应。采用振动加速度级、加速度级插入损失和Z振级插入损失评价橡胶垫的减振效果,结果表明,采用橡胶垫后钢轨振动响应略有增大,Z振级插入损失为–0.81 d B,道床板振动响应大幅增加,Z振级插入损失为–10.3 d B,桥梁的振动响应减小明显,Z振级插入损失为:15.6 d B,计算结果表明橡胶垫能有效的降低桥梁结构振动,相关的研究为桥梁的减振降噪提供了一定参考。     

重物-桥吊耦合系统振动分析

考虑吊重的摆动,将重物-桥吊耦合系统简化为移动质量+吊重在简支梁上运动模型,基于Lagrange方程,推导了移动质量+吊重-简支梁耦合系统运动微分方程。采用Runge-Kutta积分法对微分方程组进行数值求解,分析了移动质量加速度、吊重质量所占比重、吊绳长度等因素对梁体振动响应的影响。数值计算结果表明:对于重物-桥吊耦合系统,若不考虑吊重摆动,采用移动质量过桥模型将会低估梁体振动响应,并且在移动质量与吊重质量之和一定的情况下,吊重质量所占比重越大,梁体的振动响应越大;移动质量加速度对梁体的振动影响不能忽略,尤其是对梁体的加速度响应影响很大。     

铁路新型钢-混凝土组合桁架桥在列车作用下的动力响应分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的铁路新型钢－混凝土组合桁架桥建立了车－桥动力相互作用空间分析模型,它由车辆模型和有限元桥梁模型组合而成,以轨道不平顺作为系统的自激激励源。以西安－平凉铁路上的马屋泾河特大桥主桥为工程背景,对这种新型钢-混组合结构的车桥耦合振动进行了动力仿真分析。对桥梁在重载货车、中速客车、高速客车等不同列车荷载工况下的动力响应进行了数值计算,并对桥上车辆的走行性能进行了评价。计算结果表明：该桥式方案能够满足三种类型列车在不同等级车速范围内安全、舒适的运行,可广泛用于我国货运、普通客运及高速铁路