基于现场测试的列车引起地基振动分析

 对秦沈客运专线列车引起地基振动进行现场测试,通过对实测数据的时频分析,得到一个由轨道不平顺引起的基频。推导考虑轨道不平顺条件下列车动荷载的简化解析解,基于波数有限元理论推导动荷载作用下地基动力响应的柔度矩阵。以现场实测数据为依据,建立列车–轨道–地基振动模型,以推导的列车荷载为输入,计算轨道不平顺条件下列车运行引起的地基振动。分析不平顺幅值、波长以及车速对动态轮轨力的影响;研究层状地基上多轮荷载作用产生的动力响应,讨论车速变化对地基振动的影响。研究结果表明：所提出计算模型可以高效地预测轨道不平顺引起的地基振动;不平顺波长与列车运行速度一定时,轨道不平顺幅值越大,地基振动响应和轮轨作用力越大;不平顺幅值与列车运行速度一定时,不平顺波长越长,地基振动加速度和动态轮轨作用力越小;轨道不平顺波长与不平顺幅值一定时,车速越大振动加速度越大。     

短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-桥梁系统动力特性影响

运用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"法则建立列车-板式无砟轨道-桥梁竖向振动方程组。分析列车高速运行时,短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-桥梁系统动力特性的影响,并对不同种类不平顺对列车-板式无砟轨道-桥梁系统动力特性的影响进行对比研究。研究表明:短波随机不平顺对车体垂向加速度、钢轨位移、轨道板位移、桥梁位移影响很小;短波随机不平顺对轮轨垂向力、钢轨垂向振动加速度、轨道板垂向振动加速度、扣件竖向压应力、CA砂浆竖向压应力有很大的影响;短波随机不平顺对钢轨最大弯矩、轨道板最大弯曲应力、桥梁振动加速度也有一定的影响。为了降低短波随机不平顺的危害,高速铁路定期打磨钢轨十分重要。     

高速列车随机激振载荷无砟轨道路基的动应力分布规律

相较于传统的列车-轨道-路基整体耦合三维有限元模型,提出一种优化处理列车荷载的方法,基于多体系统动力学理论建立列车-轨道垂向耦合模型,并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷,随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道-路基-天然地基土非线性数值分析三维有限元模型,在此基础上研究分析高速移动荷载作用下路基的动应力分布规律。研究结果表明:采用的车辆荷载处理方法在保证计算精度的前提下代替车辆-不平顺轨道-路基-地基整体耦合振动模型,降低了建模及计算时间成本;竖向动应力沿横向分布规律,在轨道结构中数值较大,路基基床内远小于轨道结构中的数值,基床表层及基床底层底面出现"马鞍形"分布;沿竖向分布,随着深度的增加,竖向动应力逐渐减小,在基床表层内的衰减率较大,甚至超过50%;沿纵向分布,在各结构层内产生了与转向架数目相等的应力峰值数目,列车运行过程中轨道及路基动应力的变化可以看作是反复的加、卸载过程;列车移动速度对路基动力响应影响作用明显,时速由200km/h增长到350km/h时,各结构层动应力幅值增长均超过30%。     

大跨连续刚构桥车-桥耦合振动研究

以某大跨度连续刚构桥为工程背景,建立了车辆动力模型、桥梁有限元模型并考虑轮轨关系,以轨道不平顺作为系统的自激激励源,利用大型有限元软件ANSYS以及UM(Universal Mechanism)动力学分析软件联合进行仿真分析。对整体模型在列车作用下动力响应和桥上运行列车的安全性与稳定性进行研究。     

铁路钢桥环氧沥青柔性保护层受力控制指标值研究

研究轨道高低动态不平顺引起的列车随机动荷载作用下铁路钢桥柔性保护层的力学行为。采用有限单元法,建立高速列车-轨道-柔性保护层-桥梁耦合体系有限元模型,其中轨道体系采用一次梁(单层)轨道模型和离散支撑体系。将轨道高低不平顺作为列车随机动荷载的激励源输入,通过典型铁路钢桥面系算例分析可见,轨枕两侧、纵肋上方及轨枕下方对应的保护层区域较易出现开裂破坏;钢板和保护层之间较容易发生横向剪切滑移;考虑轨道高低动态不平顺的柔性保护层力学响应明显大于静载计算结果。研究成果表明铁路钢桥柔性保护层设计时应重点考虑轨道随机不平顺的影响。     

考虑轨道不平顺全概率分布的车桥随机分析方法

轨道不平顺是车桥耦合系统最主要的激励之一,其高维的随机性导致车桥耦合确定性计算模型不能精确反映实际系统动力响应的离散性。为了完整地反映实际线路中的轨道不平顺信息,文章建立一种适用于车桥耦合随机系统分析的轨道不平顺随机场模型,模型在包含了轨道谱概率、幅值、波长、相位等信息的基础之上,尽可能地减少了参数数量,通过与实测数据对比,该模型的有效性得以验证。此外,将该轨道不平顺随机场模型作为三维车 线 桥耦合时变计算模型的激励源,引入概率密度演化方法,对该耦合系统动力指标的统计特性及动力可靠度进行分析。结果表明,该轨道不平顺随机分析模型产生的空间序列较好地表征了平稳随机过程的谱表达;概率密度演化方法相对于蒙特卡洛方法有着更高的计算效率;不同的动力指标有着不同的均值、均方差、可靠度特征。     

基于ABAQUS的高墩桥模型地震响应分析

为探讨地震激励对列车-高墩桥耦合系统动力响应的影响,尝试在ABAQUS中采用Spring单元和Dashpots单元建立列车三维模型,并结合某高墩桥实例工程,在考虑轨道不平顺、列车蛇行等因素条件下,建立列车-高墩桥耦合模型。研究了高墩桥的自振特性,对比分析了地震激励下列车对桥梁的影响。分析结果表明:将列车模型引入ABAQUS中是可行的,列车对地震激励下的高墩桥桥身竖向位移和加速度有较大的影响;同时,地震激励会使得列车行车安全性大大降低。     

考虑随机风压场非高斯特性的大跨度膜屋盖风振响应

作用于大跨度膜屋盖结构上的随机风压场在统计意义上由高斯和非高斯区域构成。基于零记忆非线性转化法理论,提出了这种混合随机风压场的模拟方法,算例表明,生成的随机风压场样本能准确描述实验数据的各项统计特性。将生成的样本和利用传统方法生成的高斯随机风压样本作用于某膜屋盖结构,经风振时域分析后发现,高斯随机风压激励下结构部分构件的响应值比非高斯随机风压激励下的响应值低,这表明,随机风压荷载的非高斯特性不容忽视。文章还给出了结构不同构件的整体风振响应系数。     

高速铁路钢-混结合箱梁桥车致振动与结构噪声预测分析与试验验证

为了高效、快速地进行钢-混结合箱梁车致振动与结构噪声的预测，基于虚拟激励法-辛方法(PEM-SM),将轨道不平顺作为平稳性的随机激励，轨道结构视为无限长的周期性子结构，在频域内求解轨道系统的动力响应，建立有限元-边界元(FE-BEM)、统计能量(SEA)混合预测模型。将一32m高速铁路钢-混结合箱梁声振试验结果作为依据，验证所提方法与预测模型的有效性。分析结果表明：桥梁总振级和总声压级整体随着列车速度的增加而增大；钢梁腹板的总振级和总声压级均大于钢梁上翼缘和底板，腹板也是主要的声辐射构件。     

高速铁路变截面梁桥车致振动及徐变影响分析

基于Hertz弹性接触,推导了考虑徐变变形的轮轨接触单元动力方程,给出了简化的变截面梁单元质量和刚度矩阵,建立了列车-轨道-桥梁耦合振动方程。针对实际预应力混凝土连续梁桥,计算了徐变变形引起的不平顺(徐变不平顺),结合随机不平顺,并考虑两者的组合,对比分析了3种轨道不平顺对系统动力响应的影响。结果表明:推导的变截面梁单元是合理有效的;桥梁共振效应显著,应按实际冲击系数进行设计,并考虑每个位置的动力响应;徐变不平顺对桥梁响应影响很小,但能明显增大车体加速度和接触力,会引起强烈的梁端冲击,应重视控制徐变变形及形成的梁端折角;随机不平顺能显著增大接触力、桥梁和车体加速度;而组合不平顺能导致系统最不利状态。     

双轴胶轮轻轨交通列车加速度动力响应

本文基于双轴胶轮轻轨车辆的结构及走行特点,设定了车桥时变系统空间振动矩阵方程计算初始条件,对双轴胶轮轻轨交通列车竖向、横向加速度动力响应进行了分析。结果显示,车体的竖向加速度和横向加速度都随车速的增大而增大,竖向加速度的最大值在70km/h速度处发生,横向加速度的最大值在80km/h速度处发生,均小于规范所规定的轨道客车车体加速度最大限值,评定等级为优秀。列车加速度动力响应分析结果为国内以后的胶轮轻轨交通建设提供了理论参考。     

随机振动荷载作用下结构动力可靠性设计方法研究

以轨道结构为例建立了车辆-轨道垂向耦合动力计算模型,并使用Wilson-q数值积分方法得到了轨道结构在列车荷载作用下的随机振动响应。基于随机过程跨越理论,得到了不同跨越假设以及极值分布条件下钢轨动力响应可靠度,并与数值模拟法结果进行比较,表明对于低跨越界限,极值I型分布法的计算结果最接近精确值;对于高界限则高斯分布法效果最好。     

有砟、无砟轨道型式下货运列车振动对基底围岩的影响规律研究

文章对比分析有砟轨道及无砟轨道两种型式下,隧道基底围岩的振动响应规律。以车速为60km/h的C80型货运列车为激励荷载,考虑10t、15t、20t、25t、30t、35t六种轴重工况,建立三维动力有限元模型进行对比分析。结果表明:相同轴重时,两种轨道型式下隧道基底围岩加速度的衰减规律基本相同,无砟轨道的响应量级及随深度的衰减梯度均大于有砟轨道;随轴重的增加,两种工况下的基底振动响应均单调增加,无砟轨道工况的变化梯度大于有砟轨道工况;从列车振动影响角度考虑,在同等围岩等级地段修建重载铁路建议优先采用有砟轨道。     

巴中市暴雨强度公式推求研究

根据巴中国家基本气象站1961年~2015年连续55 a降水资料,基于年最大值法和年多样法建立11个历时暴雨样本序列,利用P-Ⅲ分布、指数分布、耿贝尔分布模型进行频率分析,结合最小二乘法和高斯-牛顿迭代法对巴中暴雨强度公式进行推求。结果表明:指数分布模型不适用巴中样本资料拟合;推求得到各种公式组合中,"年最大值法-最小二乘法-耿贝尔分布"为误差最小,将作为巴中暴雨强度最终公式;巴中现行公式(汉中版)已不适用于巴中城市,使用新公式更有利于提高城市暴雨防御等级。     

高速铁路路桥过渡段动力响应研究

针对某一典型路桥过渡段,利用Fortran语言编制车辆-轨道-过渡段动力大耦合计算程序,借助轨道不平顺性的实测数据,深入分析了不同速度高速列车通过该区段时车体的各项动力学指标,并开展了参数研究,得出以下结论:在150~250km/h的运行速度下,行车的安全性和舒适性指标均能满足规范要求;不平顺幅值对车体响应有着重要影响,缩短波长措施可以有效降低车体振动加速度,提高列车行车平稳性与舒适性。     

路基上合成轨枕有砟轨道动力学特性研究

基于有限单元法与多体动力学理论,根据合成轨枕在有砟轨道上实际应用情况建立车辆—轨道耦合动力学模型,对时速200 km/h工况下路基上合成轨枕有砟轨道结构进行动力学计算分析,重点研究合成轨枕密度变化对轨道结构力学特性的影响规律。研究结果表明:当合成轨枕密度增大时,钢轨的垂向位移变化不明显,垂向加速度显著增大;合成轨枕的垂向位移变化较小,垂向加速度减小;车体的垂向加速度增大,横向加速度减小;脱轨系数和轮重减载率显著减小。     

扣件失效下轨道结构的随机振动分析

轨道结构作为列车的重要承载体,经受着长期反复的移动随机轮轨力载荷作用,其动力特性分析对于列车安全运行至关重要。文中基于虚拟激励法原理,利用商业有限元系统ANSYS二次开发,实现了移动随机载荷作用下结构系统随机振动分析。将轨道结构模拟为三层弹性离散点支承Euler梁轨道垂向有限元模型,采用所建立的方法进行移动随机荷载作用下扣件失效轨道结构的随机振动分析。研究表明:扣件失效较正常线路对轨道结构的随机振动响应明显增加,会加剧轨道结构的破坏,是必须考虑的重要因素之一。     

横向随机地震下震致轨道几何不平顺的功率谱密度曲线研究

为了保证高速铁路系统在抗震救灾期间能够继续运营以实现运送救援物资、医疗力量,有必要对震致轨道几何不平顺进行合理的预测。该文以高速铁路CRTS Ⅱ型轨道-桥梁系统为对象建立了有限元模型,从PEER强震数据库中筛选出60条具有随机特征的地震波并对有限元模型开展了非线性时程分析,研究了地震轨道残余不平顺的分布规律,提出了一种构造震致轨道几何不平顺功率谱密度曲线的方法,生成了震致轨道几何不平顺样本,探讨了震后轨道不平顺的模拟方法。研究结果表明：在横向地震后轨道发生了明显的轨向、高低、水平不平顺,轨距不平顺的幅值较小;轨道的地震随机残余不平顺在各个频率的功率谱密度服从对数正态分布;震致轨道几何不平顺谱可通过地震轨道残余不平顺谱集的均值和方差简单表示;初始不平顺对震致不平顺的影响作用可以忽略不计,震后轨道几何不平顺可以近似视为初始不平顺和震致不平顺之和。     

基于多体动力学的铁路客车运行不平顺分析

铁路客运中,车辆运行的轨道平顺程度极其影响旅客乘行的舒适程度,需要对此进行深入分析。通过选定国内铁路轨道的线路等级,参考美国轨道不平顺谱密度函数,反演获得轨道不平顺谱的时域激励,并构建车体与轮对的自由度数学模型状态方程以进行简易计算。在车辆动力学仿真软件中搭建客车车体、转向架及二系悬挂系统并对其进行动力学仿真,获得其在选定激励及道路条件下的响应,通过数据后处理,监测其轮轨垂向和横向载荷,并进行脱轨危险性评价,由此肯定国内轨道与车辆的配型。     

建筑结构基于巴斯金谱的风振响应虚拟激励法

针对建筑结构,基于巴斯金随机风速谱激励下的随机风振响应进行了研究。巴斯金随机谱广泛应用于描述脉动风、随机地震动、路面不平顺等各种随机激励,有着广泛的工程应用。本文运用复模态法将考虑多振型的结构系统解耦为一阶广义复模态的线性组合,并利用虚拟激励法获得了结构系列响应绝对位移的功率谱的简明形式;最后,根据谱矩定义,获得了建筑结构风振系列响应方差和0-2阶谱矩及绝对加速度方差的数值解。算例证明了本文方法的正确性。