考虑桥面风场等效气动效应的行车安全性分析

侧风作用下桥上通行车辆容易遭受行车安全问题。通过节段模型风洞试验,测试了主梁行车道位置上方一定高度范围内风场分布特性。基于车辆气动力和力矩等效的方法,采用等效风速和比例系数来考虑桥面气动绕流对车辆气动力特性的影响。在风-汽车-桥耦合振动研究的基础上,采用无量纲的侧倾和侧滑安全因子评价车辆的行车安全性,分析了风速和车速对不同类型车辆行车安全性的影响。结果表明：车辆的行车安全性随着风速和车速的增大而逐渐降低;桥面风场等效气动效应会降低集装箱车和旅行巴士的行车安全性,集装箱车RSF和SSF最大相对误差分别高达28.0%和184.3%。     

大跨度公轨两用悬索桥风-车-桥耦合振动及抗风行车准则研究

将风、车、桥三者作为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统,基于风-车-桥系统空间耦合分析模型,以一大跨度公轨两用悬索桥为例,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS(Bridge Analysis System)分析了风荷载作用下桥梁和车辆的动力响应,讨论了风速、车速及轨道交通布置方式等因素的影响;同时,基于合理的列车运行安全性和舒适性评价指标,对列车通过该桥时的走行安全性与舒适性进行了分析,得出了该悬索桥的抗风行车准则:当风速小于20m/s时,车速可达设计车速80km/h;当风速介于20m/s和25m/s之间时,车速不能大于60km/h;当风速大于25m/s时,应封闭轨道交通。     

车桥系统耦合振动分析的数值解法

将整个车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统，采用分离的车辆和桥梁运动方程，提出了车桥系统耦合振动分析的数值解法，该法以车轮与桥面钢轨之间位移协调作为收敛条件，在每一时间步长内运用了Newmark-β积分格式。并运用所编制的程序对京沪高速铁路南京越江桥三塔PC箱钢桁叠合主梁斜拉桥方案的车桥动力响应进行了分析，计算结果表明了本文方法的可靠性与有效性。     

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。     

基于面接触的车桥耦合振动研究

现有分析车-桥耦合振动的研究中都假设移动车辆与路面的接触关系为点接触。事实上,轮胎与路面是通过面接触的。通过建立新的三维车轮模型,分析了面接触对车-桥耦合振动的影响,将车轮与路面的接触面模拟为长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程。对车速、车轮刚度与阻尼、接触面尺寸大小、车辆数目等进行参数分析,研究了接触面对车-桥耦合振动的影响。数值计算与试验结果验证表明:所提出的模型能更准确合理的研究车桥耦合振动。     

大跨度柔性斜拉-悬索体系风-车-线路耦合振动研究

针对斜拉-悬索体系跨度大、刚度小以及对风和车辆作用较为敏感的特点,以一待建空中客车系统为工程背景,在分析风、车、线路三者相互作用的基础上,建立了风-车-线路非线性空间耦合分析模型。对有限元分析软件ANSYS进行二次开发,通过风荷载和车辆荷载的自动加载,实现车辆运行全过程的仿真模拟,从而得到车辆和斜拉-悬索体系的动力响应。实例分析结果表明,斜拉-悬索体系中斜拉索的位置和刚度对车辆的竖向加速度响应有显著的影响。研究结论为大跨度柔性斜拉-悬索体系的进一步优化设计提供了依据。     

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。     

公路桥梁车桥耦合振动的简化算法研究

为了方便设计阶段桥梁动力性能的方案比选,避免进行复杂的车桥耦合振动计算,有必构造一种简化的车辆荷载数学模型,以利用现有动力计算软件进行快速计算。本文首先比较了人桥耦合振动和车桥耦合振动的共同点,分析了被广泛应用的行人荷载确定性数学模型的构成原理;在此基础上,分析了车辆动力荷载的组成部分,构造了车桥耦合分析中车辆荷载的确定性数学模型,并对各个参数的物理意义及取值进行了说明;最后详述了使用该车辆荷载的确定性数学模型,利用Ansys命令流结合APDL语言,计算桥梁在该车辆动荷载作用下的动力响应的方法。该方法基本概念清晰,包含车辆动荷载的主部分,且计算过程简单,有很大的研究价值和应用前景。     

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。     

摩擦摆式支座对地震时桥上车辆安全性的影响

该研究建立设置了摩擦摆支座的车-轨-桥地震分析模型.其中,桥梁非线性振动分析采用OpenSEES平台,车辆模型中考虑了二系悬挂的横向止档和非线性阻尼,轮轨法向接触采用可分离的Hertz模型.用Rayleigh-Ritz法缩减了钢轨自由度.采用高效的分区异步长算法进行车-轨-桥大系统求解.分析了地震下列车通过50跨简支梁...     

考虑桥梁几何非线性的风-车-桥耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风及列车荷载作用下大跨度桥梁的振动分析模型。以某大跨度三拱连续钢桁梁桥为例,分析了脉动风及静风荷载的不同作用效应,风速、车速变化以及结构几何非线性对桥梁振动响应的影响。结果表明：在进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用;几何非线性因素会影响桥梁振动的极值,但不影响其变化趋势;风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响。     

中低速磁浮列车-低置梁系统竖向耦合振动研究

为了探讨中低速磁浮列车-低置梁系统竖向耦合振动,基于SIMPACK和ANSYS联合仿真,首先建立了中低速磁浮列车-桥梁/低置梁系统竖向耦合振动模型,以某试验线20 m简支梁现场动载试验为依据,验证此方法的可靠性。随后,根据所建立的中低速磁浮列车-低置梁系统竖向耦合振动模型进行动力仿真分析,并探讨了不同参数对低置梁竖向动力响应的影响。结果表明：低置梁自振频率较高,一阶竖弯达32.9 Hz;低置梁框架跨中竖向动位移及加速度均较底板中心大,框架振动属于高频振动（相对于底板振动）,在50 Hz~100 Hz加速度显著大于底板中心;磁浮列车荷载加载频率较高,该加载频率（整数倍）易与低置梁自振频率重合或接近而产生共振效应,显著放大低置梁动力响应;随着支撑脱空长度的增大,低置梁动力响应显著增大,且增速加大,随着路基刚度和底板厚度的增大,低置梁动力响应减小,且减小的幅度变小。     

负载谐波诱发轧机主传动机电耦合扭振仿真研究

现场测试发现：轧机在轧制过程中由于负载谐波频率与轧机机械传动系统固有频率接近时使得主传动系统发生强烈扭振。该文结合现场参数,通过计算机仿真,得出负载谐波力矩会引发电机转速振荡,而在机电耦合作用下电机转速振荡会激发电机输出相同频率的电磁力矩,当含有与机械系统固有频率相接近频率的谐波力矩和电磁力矩作用在轧机主传动系统两端时,主传动系统将会出现强烈的扭振。仿真结果验证了存在这种振动,为抑振措施提供理论基础。     

改进迭代过程的车轨耦合振动数值解法及应用

针对列车-轨道耦合振动迭代求解过程,结合Newmark-β 积分格式,提出一种基于有限元法与非线性接触理论的改进迭代过程数值解法。考虑分别建立车辆系统和轨道系统振动方程,在耦合和解耦迭代过程中,构造松弛因子函数和收敛准则函数,简化轮轨界面协调适应条件,利用轮轨相互作用力在两子系统之间的快速迭代实现动态耦合关系的高效求解。此算法增强了对迭代收敛精度、迭代过程稳定性的控制,同时也减小了程序设计的难度。应用此算法分别对竖错和路基沉降两类典型线路缺陷引起的车轨振动响应进行了算例对比和分析,计算结果表明,改进解法在迭代速度和迭代稳定性上具有优势,可广泛应用于高速铁路车辆运行和轨道结构动力学问题的分析中。     

热连轧机扭振与轴向振动耦合研究

近年来随着现代轧机装备水平的不断提高, 轧机振动问题显得更加突出和多样化, 成为轧制领域亟需解决的一个世界难题。经过对日本三菱公司的FTSR热连轧机组、德国西马克公司的CSP热连轧机组和中国鞍钢的ASP热连轧机组的振动测试, 发现某轧机扭振与轴向振动频率相同。为了解释轧机轴向振动这一现象, 利用ANSYS有限元谐响应分析模块进行了计算机仿真研究, 获得了在某种条件下轧机扭振与轴向振动会产生耦合振动现象的结论, 为轧机耦合动力学设计提供理论依据。     

悬索桥纵向和竖向耦合自振研究

悬索桥的振动性状中呈现纵飘振动与竖向反对称低阶振动相互耦合的特点。基于挠度理论和能量原理,研究了耦合自振的频率计算方法。首先把加劲梁的单纯纵飘看作单摆振动,得出其等代摆长和振动频率。再结合主缆的竖向反对称低阶振型下的纵向位移特点,建立考虑主缆纵向位移影响的加劲梁纵飘振动的简化计算模型,获得其势能增量的简单表达式。由哈密顿原理,推演了耦合振动频率的计算方法。通过5 座桥梁实例验证,利用该文公式获得的耦合频率和振型形状判定与有限元计算结果吻合良好,表明该文提出的计算方法实用可靠。     

风-列车-大跨度悬索桥系统非线性耦合振动分析

考虑大跨度悬索桥结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁耦合系统动力分析模型。为了考虑结构大位移非线性因素的影响,在有限元建模时考虑悬索桥主缆自重垂度及缆索初始内力的作用,在动力平衡微分方程中增加了几何刚度矩阵,通过自编计算程序,研究了列车与风荷载同时作用下主跨1120 m的五峰山悬索桥设计方案的线性及非线性振动响应。计算结果表明,考虑结构的大位移非线性因素对桥梁位移及加速度时程曲线变化趋势的影响不大,但会使其响应极值减小,非线性因素对桥梁加速度产生的误差影响较大而对位移的误差影响较小。