基于ANSYS的车桥耦合振动分析

为准确分析车桥之间的相互作用,根据模态综合法推导车桥系统动力平衡方程,基于ANSYS前后处理器的桥梁建模和结果后处理功能,结合自主程序VBDIP(Vehicle Bridge Dynamic Interaction Program),形成1个通用工具用于分析车桥耦合振动问题.以单自由度质-弹系统通过简支梁桥模型为例,计算车桥的动力响应.所得结果与相关文献结果吻合良好,表明该方法正确有效,可用于分析各种车桥耦合振动问题.     

车桥耦合振动的摄动分析方法

基于结构摄动理论,推导车桥耦合动力系统的摄动方程,将原有的车桥耦合动力方程变成一组车辆和桥梁之间不相互耦合的方程组,实现车辆与桥梁的之间的解耦．理论上基于摄动分析方法进行严格推导,以简支梁为例,采用1／4车辆模型,验证了方法的可靠性．提出了该方法在大型有限元软件中的应用方法．     

沿轴向飞行粘弹性夹层梁热弹耦合振动响应分析

研究了沿轴向飞行粘弹性夹层梁的热弹耦合振动响应.考虑材料变形与传热的相互影响,建立了轴向运动粘弹性夹层梁的热弹耦合振动控制方程;将方程中激励项(温度函数与外激力)拟合为时间的函数,采用伽辽金法得到方程的位移解,并在每一个微小的时间段内采用迭代收敛的数值方法对热传导方程进行求解得到温度场.使用数值方法讨论了轴向飞行运动速度和热载荷持续时间对其振动响应的影响.研究表明:稳定振动时飞行速度对位移影响较大,对温度影响较小;热冲击对振动位移响应有较大影响,并改变振动特性.     

横向磁场中矩形薄板在分布载荷作用下混沌分析

在建立置于横向稳恒电磁场中,同时受横向均布载荷作用四边简支的金属矩形薄板的受力模型的基础上,推导了金属矩型薄板的磁弹性耦合动力学方程,求得了该模型振动系统的异宿轨道参数方程,并根据Melnikov函数方法,推导并求解了振动系统的异宿轨道的Melnikov函数,最后给出了判断该系统发生Smale马蹄变换意义下混沌运动的条件和混沌运动判据.由此可对矩形薄板在机械载荷和电磁载荷共同作用下的分岔和混沌进行分析.本文给出的方法可以推广到其他不同边界条件和不同外载荷条件下弹性薄板的磁弹性振动问题的研究.     

基于多体系统动力学和有限元法的联合仿真在车桥耦合振动研究中的应用*

为了实现车桥耦合振动精细化仿真研究,利用多体系统动力学软件SIMPACK建立完整的车辆空间模型,采用空间杆系和板壳混合单元有限元方法建立桥梁的动力分析模型;然后将车辆和桥梁两个子系统在轮轨接触面离散的信息点上进行数据交换,实现车桥耦合振动联合仿真分析。以高速铁路上的简支梁桥为研究对象,采用基于多体系统动力学和有限元法结合的联合仿真技术,计算了弹性轮轨接触时动车组列车以不同车速通过桥梁的空间耦合振动响应,证明了该研究方法的可行性。     

横向磁场中矩形薄板在分布载荷作用下混沌分析

在应用Melnikov函数方法,给出受横向分布载荷作用下,矩形薄板的磁弹性耦合系统发生混沌运动的条件和混沌运动判据的基础上,建立了Duffing振动系统的微分方程,针对薄板的磁弹性耦合振动系统做了混沌运动分析.应用Matlab程序,对系统的混沌特性作了仿真实验分析,给出了不同γ值时的相图和位移波形图,并将本文(Ⅰ)中Melnikov函数法的判断条件与仿真结果作比较,两者的结果是一致的,而且仿真实验反映的混沌更具有丰富的数字特性.本文给出的方法可以推广到其他不同边界条件和不同外载荷条件下弹性薄板的磁弹性振动问题的研究.     

不同位置四点支承矩形薄板的自由振动特性

研究不同位置四点支承条件下矩形薄板的自由振动特性.首先,在板结构模型的不同位置上引入横向约束弹簧,并设定人工弹簧的刚度值以模拟出四点支承的边界条件.然后,基于二维改进傅里叶级数表示结构的位移容许函数,其中改进部分的正弦附加项可解决以往位移函数在边界上可能存在的求导不连续问题.建立矩形板系统能量对应的泛函,令其取驻值建立线性方程组.最后,求解矩阵特征值问题得到点支承矩形板自由振动频率等参数,给出不同位置四点支承条件下矩形薄板的振动特性.所应用二维改进傅里叶级数法中,位移函数基于改进傅里叶级数展开时的附加项能够提高结果的精度和收敛速度.研究结果为不同位置点支承矩形板的自由振动问题提供一定的参考.     

曲线梁桥在车辆载荷下的动力响应研究

近年来随着我国公路交通的快速发展,曲线梁桥被大量工程采用.车辆过桥时的曲线桥振动涉及车辆三向载荷和桥梁弯扭耦合振动,有必要对其进行精确建模并深入研究.本文以某五跨连续曲线箱梁桥为背景,采用ABAQUS有限元软件建立该桥梁的模型,并利用Adams建立了三轴重型汽车整车模型,计算得到了不同工况下的轮胎力.通过编写基于Fortran语言的DLOAD和UTRACLOAD荷载子程序,将六个轮胎载荷作用于曲线桥上,分别进行了不同曲率半径、车速、载重和路面不平顺等条件下的曲线梁桥振动响应计算.研究表明:随着曲率半径的增加,桥梁跨中位移呈现略微下降的趋势;车辆行驶速度对跨中的横向位移及支座的支反力有较大影响;路面不平度等级越高,桥梁竖向挠度及弯矩的冲击效应越大.     

含压电片层合板的LQR振动主动控制

对采用不同材料的压电传感器的层合板进行了研究,并探讨了该层合板的振动主动控制问题.从位移函数出发,结合Hamitom原理进行有限元分析、建模,推导出运动方程;同时基于控制目标函数的LQR控制方法,利用Matlab系统仿真,演示了悬臂薄板随时间变化在有无控制时的一二阶响应曲线.对响应曲线的分析结果表明,该方法能有效控制层合板的振动,达到了层合板振动主动控制与抑制的研究目的.     

考虑刚-柔-热耦合的板结构多体系统的动力学建模

对热载荷作用下中心刚体与大变形薄板多体系统的动力学建模问题进行研究.基于Kirchhoff假设,从格林应变和曲率与绝对位移的非线性关系式出发,推导了非线性广义弹性力阵,用绝对节点坐标法建立了大变形矩形薄板的有限元离散的动力学变分方程.为了考虑刚体姿态运动、弹性变形和温度变化的相互耦合作用,推导了热流密度与绝对节点坐标之间的关系式.引入系统的运动学约束方程,建立了中心刚体-矩形板多体系统的考虑刚-柔-热耦合的热传导方程和带拉格朗日乘子的第一类拉格朗日动力学方程.为了有效地提高计算效率,将改进的中心差分法和广义-α法相结合,求解热传导方程和动力学方程,差分后的方程通过牛顿迭代法耦合求解.对刚-柔耦合和刚-柔-热三者耦合两种模型的仿真结果进行比较表明,刚体运动对温度梯度和热变形的影响显著.此外,本文建模方法考虑了几何非线性项,因此也考虑了热膨胀引起的轴向变形对横向变形的影响.     

基于SDRA的移动车辆载荷作用下桥梁动力响应分析

为直观反映结构振动时的响应状态,开发出具有较好人机交互界面的结构动力响应分析有限元计算程序系统SDRA,实现FORTRAN数值计算功能与VB的界面设计和图形开发功能的无缝链接.车辆在桥梁上行驶时,SDRA可实时监测桥梁动力响应的全过程并将计算结果以字符和动画的方式显示在VB界面上.对于变速行驶在桥面上的车辆出现紧急刹车...     

作大范围运动FGM矩形薄板的动力学特性研究

对作大范围运动功能梯度材料矩形薄板的刚柔耦合动力学问题进行了研究.以连续介质力学为基础,在柔性薄板面内变形中考虑了传统建模方法忽略的二次耦合变形量,采用假设模态法对薄板变形位移进行离散,运用拉格朗日方程推导了大范围运动功能梯度材料板的刚柔耦合动力学方程.对旋转运动下取不同功能梯度指数的悬臂功能梯度板的动力学行为进行仿真,比较了本文建立的一次近似耦合模型和传统不计耦合变形项的零次近似模型.结果表明,随着转速的提高,传统零次模型发散,而本文模型收敛,能够较好地描述系统动力学行为.利用本文建立的一次近似模型,研究了功能梯度指数对转动功能梯度板变形的影响,研究表明,随着功能梯度指数的增大,板的横向变形也增大.通过求解旋转FGM板在恒定转速下的固有频率,进一步分析了功能梯度板材料组分变化对板振动特性的影响.     

整车路面不平度激励的仿真方法研究

分析了路面不平度对三轴式整车的随机激励输入,利用白噪声法和传递函数法推导 得出整车六轮路面不平度输入的状态方程。在Matlab/Simulink 中搭建二维路面不平度数学模型, 并与标准路面不平度进行了比较和验证,说明了搭建模型的准确性。通过整车状态方程搭建六轮 路面不平度数学模型,仿真结果说明了同车桥的左右两车轮的功率密度谱差异较大,同侧前后车 轮的功率密度谱差异较小,比较符合多车桥式重卡的实际情况,且均在标准路面不平度功率密度 谱的标准范围内。为了进一步验证仿真结果,对整车六轮的路面不平度互相关系数进行了分析, 分析结果与上述结论吻合。     

车-桥系统的振动分析及控制

推导出了由变速行驶车辆与不同边界和路面不平桥梁组成的系统,在安装调质阻尼器(TMD)后的无量纲运动微分方程.作为其特例,研究了匀变速车辆与简谐路面简支桥梁系统,获得了桥梁跨中的无量纲最大挠度随加速度、减速度、初速度、质量比和路面不平度的变化规律,并对系统发生共振时进行TMD控制.数值计算表明:加速度、减速度、初速度和质量比对桥梁的影响均很大;路面不平度对桥梁的影响不可忽略,因为它甚至有可能使桥梁产生共振;TMD可明显减小桥梁的共振振幅.     

基于一阶剪切板理论的FGM板刚柔耦合动力学建模与仿真

对作大范围运动功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)厚板的刚柔耦合动力学问题进行了研究,基于一阶剪切变形理论,从连续介质理论出发,计及了变形位移场中的二次耦合变形量,利用Lagrange方法推导了FGM厚板的刚柔耦合动力学方程,该方程适用于普通均质板和FGM板的动力学分析.采用20自由度矩形单元对变形场进行离散,对不同转速下的悬臂板进行动力学仿真,比较了本文建立的基于一阶剪切理论的模型和基于经典薄板理论的模型,验证了本文模型的正确性以及经典薄板理论的一些不足.研究了不同功能梯度指数下,FGM厚板的横向变形、速度响应频率和固有频率.结果表明,随着转速增大,剪切项对结构动力学行为影响变大;考虑横向剪切项的情况下,计算结果更偏柔性.     

Wavelet domain analysis for identification of vehicle axles from bridge measurements

Bridge weigh-in-motion (B-WIM) is a process by which the axle and gross vehicle weights of vehicles travelling at highway speeds can be determined from instrumented bridges. The traditional method of attaching strain transducers to the soffit of the bridge and placing axle detectors on the road surface has been replaced here by using additional transducers underneath the bridge for axle detection and nothing-on-the-road (NOR). This paper presents a wavelet based analysis of strain signals and shows the efficacy of using wavelets in pattern recognition of these signals. The transformed signals are used to identify axle passage and hence the vehicle velocity and the axle spacing. In addition to numerically generated strains, signals acquired from such a NOR instrumentation of a bridge in Slovenia have been analysed by the method of wavelet transformation to extract axle position information that was not readily detectable using existing methods.     

基于格林函数的浮置板参数对高架桥梁垂向振动的影响

根据城市轨道交通高架桥梁轻型浮置板线路的结构特点,建立车辆-轻型浮置板轨道-高架桥梁垂向耦合振动模型,利用格林函数得到浮置板轨道与桥梁垂向振动响应的解析表达式,分析在轨道不平顺振动载荷激励下浮置板参数对轨道系统振动的影响。结果表明:浮置板参数的变化对高架桥梁垂向振动的影响主要集中在70 Hz以下的低频段;减小钢弹簧刚度对降低桥梁垂向振动功率、增大振动传播的衰减有利;浮置板厚度对桥梁垂向振动的影响较为复杂,需要根据情况区别对待。