不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动影响机理研究EI北大核心CSCD

为研究不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向振动特性的影响,建立中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动模型。以25 m、30 m、35 m三种典型跨径的混凝土简支梁为研究对象,对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向振动特性进行分析。结果表明:建立的耦合振动数值模型可靠;随着简支梁跨径增加,桥梁竖向动挠度增加,而竖向加速度减小;车体和悬浮架的竖向动位移和加速度均随着简支梁跨径的增加而减小,悬浮架竖向加速度的优势频段集中在0~30 Hz和50~80 Hz,车体整体表现为低频振动(0~15 Hz);悬浮间隙和悬浮力的波动范围随着简支梁跨径增加而减小;不同跨径会改变桥梁竖向加速度的频谱分布特性;磁浮线路可根据需要,在满足静力安全服役的前提下,灵活选择简支梁跨径,最大程度节约工程造价。     

新型磁浮车动力学仿真分析EI北大核心CSCD

为探究新型磁浮列车的动力学特性,利用SIMPACK软件建立了其56自由度的中低速磁浮车辆模型并进行相关仿真分析,并采用单悬浮架模型进行了乘坐舒适性试验验证。仿真结果表明:新型磁浮列车能够实现140 km/h在直线段稳定运行,车体横向加速度小于0.2 m/s^2,车体垂向加速度小于0.5 m/s^2,空载情况下能够实现30 km/h通过半径为50 m的弯道,车辆最大侧滚角不足0.04 rad,车体最大横向加速度小于1 m/s^2,车体垂向加速度小于0.1 m/s^2,悬浮间隙动态变化量最大仅为0.5 mm。试验结果表明:以140 km/h的速度运行,与乘坐舒适性密切相关的车体垂向加速度约为0.5 m/s^2。     

新型磁浮车动力学仿真分析

为探究新型磁浮列车的动力学特性,利用SIMPACK软件建立了其56自由度的中低速磁浮车辆模型并进行相关仿真分析,并采用单悬浮架模型进行了乘坐舒适性试验验证。仿真结果表明:新型磁浮列车能够实现140 km/h在直线段稳定运行,车体横向加速度小于0.2 m/s~2,车体垂向加速度小于0.5 m/s~2,空载情况下能够实现30 km/h通过半径为50 m的弯道,车辆最大侧滚角不足0.04 rad,车体最大横向加速度小于1 m/s~2,车体垂向加速度小于0.1 m/s~2,悬浮间隙动态变化量最大仅为0.5 mm。试验结果表明:以140 km/h的速度运行,与乘坐舒适性密切相关的车体垂向加速度约为0.5 m/s~2。     

小半径曲线中低速磁浮车辆-轨道耦合系统动力响应分析

小半径曲线上中低速磁浮车辆-轨道系统的动力响应对车辆安全运营具有重要意义,但当前研究极少涉及。运用有限元和多体动力学方法,建立了中低速磁浮车辆-小半径曲线段高架轨道耦合动力学模型,考虑空间动态磁轨作用以及轨道关键部件的参振作用,分析了小半径曲线上的车辆-轨道系统动力响应。结果表明：二维磁轨关系会过大地估算曲线段磁轨作用力;曲线段磁浮车辆车体主要为2 Hz以下的低频晃动;曲线段连续梁钢构高架轨道的振动主要由0～20 Hz的轨道整体弯扭变形和80～100 Hz的F轨局部弯扭变形引起;轨道垂向振动加速度缓和曲线段大于圆曲线段,横向振动加速度圆曲线段大于缓和曲线段,缓和曲线段振动加速度对车速变化更为敏感。研究结果可为曲线段磁浮高架轨道设计和车辆安全运营提供理论依据。     

高速磁浮列车-轨道梁耦合系统轨道不平顺敏感波长研究

轨道不平顺是诱发车-桥系统耦合振动的主要激励源之一,探明系统耦合振动不平顺敏感波长,对线路管理具有重要参考价值。首先,建立了高速磁浮列车-轨道梁耦合系统空间模型,其中磁浮列车被模拟为具有537个自由度的多体动力学模型,轨道梁被模拟为空间有限元模型,两者之间通过基于比例-微分(proportional-differentiation, PD)控制理论的磁轨关系耦合。其次,以上海高速磁浮为研究背景,选用5车编组列车驶过20跨简支梁桥为计算条件,通过与实测结果对比,验证了模型的正确性。最后,考虑轨道谐波不平顺激励,探讨了不同方向的轨道不平顺组合、不同轨道不平顺幅值和不同车速对列车和桥梁动力响应敏感波长及列车运行平稳性的影响。结果表明：磁浮列车-桥系统横向振动和竖向振动耦合性很弱;在设计车速430 km/h下,车体竖向、侧滚和点头加速度敏感波长分别为140～180 m、60～100 m和120～160 m,车体横向和摇头加速度敏感波长大于200 m;当波长为80、105、115、140和160 m时,会分别引发车体侧滚、摇头、横向、点头和竖向方向的共振;车体和主梁的响应幅值与轨道不平顺幅值基本...     

城市轨道交通高架结构振动与声辐射研究

为研究城市轨道交通所引起的高架结构的振动及声辐射水平,采用有限元方法分别建立了连续梁桥的三维振动分析模型及二维声场分析模型,计算了当列车以60km/h的速度通过时桥梁的动力响应及辐射声压。通过频谱分析,声压频谱峰值除在160 Hz附近出现一个明显的峰值外,与振动频谱分布基本相同。相干性分析结果表明,连续梁桥控制90Hz以内的振动,将直接有效的控制辐射声压水平。通过改变桥梁阻尼、支座刚度、行车速度和车辆荷载等参数,计算分析了各参数对结构振动与噪声的影响程度     

磁浮轨检车横向振动及其对磁浮轨道几何参数测量精度的影响

磁浮轨检车是用来检测磁浮轨道几何参数,保证磁浮列车安全运行的轮式特种车辆。建立了磁浮轨检车横向振动二自由度模型,研究了在磁浮轨道随机路面激励下横向振动幅值的大小及其对激光三角法测量磁浮轨道几何参数精度的影响,结果表明该影响在所要求的测量精度范围之内。     

中低速磁浮轨道-桥梁系统竖向振动传递特性研究

中低速磁浮交通作为一种新兴的交通方式,其轨道结构形式与传统轮轨交通的轨道有较大的区别。为了研究中低速磁浮交通线路中轨道-桥梁系统竖向振动特性,基于某中低速磁浮试验线,以20 m预应力混凝土简支梁为研究对象,建立轨道-桥梁系统竖向振动传递有限元模型并进行振动传递特性分析,随后探讨了激励位置,扣件竖向刚度,轨枕间距对系统竖向振动传递特性的影响。研究表明:系统的位移导纳存在两个峰值,频率分别对应为系统的整体一阶竖弯和F轨的局部一阶竖弯;随着考察点与荷载激励点距离的增大,在F轨局部一阶竖弯频率之后,F轨的位移导纳幅值变化不显著;激励位于扣件处时,在100～200 Hz F轨的位移导纳振动幅值要大于激励位于非扣件处时;扣件刚度和轨枕间距均会影响轨道结构的局部刚度,从而影响F轨的局部一阶竖弯频率值和在此频率点处的F轨位移导纳幅值;F轨的局部变形较明显,建议在后续的时域磁浮车桥耦合振动模型中应考虑F轨的影响。     

承受移动均布二系悬挂模型的磁浮三跨连续梁振动分析

考虑磁浮列车与轨道梁之间的主动控制电磁力的作用,车辆简化为移动均布二系悬挂模型,建立了磁浮车辆/轨道梁耦合振动分析模型,对磁浮列车在三跨连续梁上通过时轨道梁的振动反应进行了数值仿真.研究了车辆长度、车速、轨道梁刚度和跨度比等参数对轨道梁动力特性的影响,分析了参数f1/(v/l)与轨道梁动力反应的关系.建议轨道梁动力设计中以控制轨道梁的冲击系数和振动加速度为主,所得结论可为高速磁浮轨道梁设计提供理论依据.     

共振速度下轨道交通槽形梁结构瞬态噪声分析

为了进一步研究不同列车速度下的桥梁结构噪声问题,基于有限元-瞬态边界元理论,针对轨道交通30 m简支槽形梁,分析在共振、消振速度下桥梁的振动响应及结构声辐射特性。首先,建立槽形梁振动辐射瞬态噪声的有限元/边界元模型;然后,对简支梁在移动列车荷载下诱发的振动进行分析,得到列车荷载通过桥梁时的共振和消振速度;最终,结合声辐射理论,采用瞬态边界元法研究分析不同列车速度引起的桥梁瞬态噪声声场特性。研究结果表明:列车速度的变化引起桥梁结构的位移幅值出现波动性变化;桥梁结构的振动加速度幅值随着速度的增大而不断增大;桥梁结构辐射噪声的变化趋势与结构的振动加速度变化趋势有一定的相关性;当列车以共振速度通过简支桥梁时,结构动力响应值及辐射噪声值有放大趋势,在附近出现峰值;列车共振速度对桥梁结构的远声场瞬态噪声影响效果较为显著;应有针对性地控制列车速度以改善桥梁结构噪声。     

地铁小半径曲线段上列车车内振动测试与特性

列车行驶在小半径曲线段上时的振动加速度一般大于在同种轨道结构直线段上的值。为了研究在小半径曲线段上行驶时列车车内振动的频谱特性,选择半径为350 m的地下隧道区间进行测试,该区间内分布着钢弹簧浮置板整体道床、科隆蛋扣件和DT-III型扣件3种轨道结构。分析采用双面胶带、螺钉等多种传感器安装方式对测量结果的影响,采用DASP V11软件测量一天中3个不同时段车厢地板垂向和横向振动加速度,并进行Z振级和X振级分析。结果表明:半径为350 m的曲线隧道内,钢弹簧浮置板整体道床、科隆蛋扣件和DT-III型扣件3个区段上车厢地板振动对应的垂向振级峰值频率分别为8 Hz和63 Hz,3.15 Hz、8 Hz和63 Hz,50 Hz和100 Hz;横向振级峰值频率为63 Hz,63Hz,50 Hz和100 Hz;钢弹簧浮置板整体道床段和科隆蛋扣件段上车厢地板振动加速度大于其在DT-III型扣件段上的值。本次测试可为小半径曲线段上列车振动噪声问题提供一些减振降噪措施选择方面的参考,同时可为在小半径曲线段上车厢地板振动特性问题的研究提供支持。     

列车在不同弹性扣件区段车内振动噪声的对比研究

针对地铁A型列车车内振动噪声进行研究,分析不同弹性扣件对车内振动和噪声的影响,通过研究车体结构和国内外规范,对A型地铁车辆车内关键位置处的振动噪声进行多次测量,获得在普通扣件区段和弹性扣件区段列车内部的振动加速度和噪声,运用振动加速度级和声压级以及1/3倍频程分析不同弹性扣件对车内振动噪声影响。结果表明:车内不同位置处振动噪声差别较大,车厢两端部振动噪声大于车厢中部振动噪声;车内振动噪声峰值频率大多出现在125 Hz、160 Hz、200 Hz左右;扣件系统弹性变化不会影响车内振动噪声峰值频率和3 150 Hz以上高频段振动噪声;普通扣件刚度是弹性扣件刚度2倍左右时,在100 Hz至2 000 Hz范围内,列车在弹性扣件地段时车内噪声声压级比在普通扣件地段时大,差值约为2 dB至5 dB,在315 Hz至2 000 Hz范围内,列车在弹性扣件地段时车内振动加速度级比在普通扣件地段时大,差值约为6 dB至10 d B;在弹性扣件区段时的Z振级比在普通扣件区段时大,但在弹性扣件区段时X振级反而低于在普通扣件区段时的值。     

CRTS III型板式无砟轨道桥梁段环境振动测试分析

为研究CRTS III型板式无砟轨道环境振动特点,对成灌铁路某桥梁段地面振动进行现场测试,分析不同测点地面振动加速度时程特点、频谱特征,并进行1/3倍频程分析和Z振级的衰减分析。结果表明,列车以180 km/h速度通过时,地面振动持续时间约6 s,距线路中心10 m处振动峰值加速度为60 mm/s2;在10 m处振动频谱分布范围在20～90 Hz,高频振动随距离衰减更快,大于20 m处振动主要以15～45 Hz为主;地面振动Z振级的衰减符合对数衰减规律。     

沪通长江大桥引桥车桥耦合振动研究

沪通长江大桥引桥采用连续布置的48 m简支梁桥,当列车以200~250 km/h通过时,其变形曲线相当于连续多个波长、幅值一定的激励,其激振频率约为1 Hz,与车体自振频相当,容易引起车体共振。为保证48 m简支梁桥的动力性能满足要求,对不同车型以不同速度通过该桥的安全性和舒适性进行研究分析。研究结果表明:就桥梁而言,除SS8牵引双层客车在200 km/h时跨中横向加速度超限值约为7%外,其余工况跨中横向、垂向加速度均低于规范限值,基本满足要求;就车辆而言,各工况下安全性和舒适度均满足要求,因此,48 m简支梁能满足客车120~250 km/h范围内安全舒适运行。此外,车桥系统动力性能满足要求时所采用的轨道不平顺样本特征与我国160 km/h级的轨道不平顺管理值相当,综合考虑分析结果和我国线路运营维护水平,建议采用160 km/h级的轨道不平顺管理值作为该桥的不平顺管理标准。     

移动荷载下高速铁路简支梁桥消振机理频域分析

桥梁动力响应问题随着列车运营速度的不断提高也愈加明显。为了保证列车在高速运行下引起的桥梁动力响应在安全范围内,则对建立列车运营时速与桥梁位移响应幅值之间的关系显得尤为重要。因此,针对多个移动荷载激励下桥梁消振机理提出了一种行之有效的频域分析方法。该方法首先对桥梁运动方程采用傅里叶变换,得到移动荷载匀速通过桥梁时的移动荷载傅里叶幅值谱;然后基于移动荷载傅里叶幅值谱,建立了移动荷载速度与桥梁消振效应之间的关系;最后以高速铁路简支梁为例验证了理论推导及分析的正确性和速度公式的有效性。结果表明:由频域得到的移动荷载傅里叶幅值谱能有效反映桥梁自由振动,与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致;非等间距移动荷载作用下桥梁发生消振现象时,第一类移动荷载消振速度仅与桥梁跨度、基频有关,第二类移动荷载消振速度与桥梁基频、移动荷载间距有关。     

高速列车横向半主动悬挂开闭环优化控制研究

针对高速列车变速行驶时,轨道空域平稳随机不平顺信号会被拉压为时域不平稳信号,而传统半主动控制方法阻尼器响应快速性不能满足要求问题,提出开闭环优化控制算法,结合在MATLAB/SIMULINK中建立的高速列车17自由度横向振动模型仿真分析,分别从时、频域分析开闭环优化控制对车辆运行平稳性影响。结果表明,开闭环优化控制可提高列车运行横向平稳性,车体横向振动加速度在人体敏感0.1~2 Hz频率范围内也有一定改善。     

中低速磁浮快线产生地表振动的现场测试分析

为研究中低速磁浮引起地表振动特性。在国内首条运营的长沙中低速磁浮快线某路段进行现场地表振动测试,同时测试北京地铁13号线某高架线区段地表振动作为对照工况。测试结果表明:由于轨道受均布力,磁浮快线引起的地表振动波形没有明显的周期性峰值;磁浮线路,由于轮轨分离,车辆、轨道系统的特征距离所对应的特征频率不明显,桥梁动力特性较明显;由于轮轨分离、受轨道不平顺影响较小,30~80 Hz中低速磁浮存在明显优势地面振动,这部分振动主要来自导轨、轨道梁的结构振动以及线路不平顺;距线路0~40 m范围内地表振动的最大Z振级,中低速磁浮快线较传统地铁高架线对应距离至少小4 dB,且中低速磁浮快线引起地表振动在10~40 m范围内均满足《城市区域环境振动标准》中的振动限值要求。     

某型弹性高速车辆系统振动传递特性研究

列车高速化和轻量化导致轮轨激扰频率增大、车辆系统高频振动成分增多,深入研究弹性车辆系统振动传递特性对认识高速列车振动内在机理和确保优良的动力学性能具有重要意义。建立了动力学参数完全相同的高速弹性和刚性车辆系统两种动力学模型,弹性模型中车体、构架和轮对均处理为弹性体。从时域和频域研究了弹性车辆系统振动特性,对比分析了刚柔两种车辆系统在振动加速度幅值、频率分布、频率传递及振动能量等方面的特征。结果表明,车辆系统的刚柔处理方式对振动有重要的影响,且全弹性体处理方式可以获得更为丰富和准确的研究结果。车辆系统在从轮对到构架以及车体这一自下而上的振动传递过程中,三者对应的振动加速度幅值、振动频率分布和功率谱密度值大致呈一个数量级的递减趋势;频域上,轮对旋转频率对应的功率谱密度在弹性振动频率中得到明显加强。     

考虑车体柔性的车桥耦合系统建模与分析方法

铁路车辆车体的柔性是其固有属性.假设车体为柔性体而轮对、构架为刚性体,并将车辆视为通过赫兹接触弹簧支撑在轮轨接触界面之上的空间结构.在通用有限元软件中采用刚度极大的梁单元建立轮对和构架模型,而采用刚度适当的梁单元建立车体模型,并利用弹簧单元模拟第一系和第二系悬挂线弹性刚度.将车辆悬挂系统的阻尼力、作用在轮对上的轮轨力作为虚拟力施加在车辆子系统上,将作用在轨道上的轮轨力类似地作为虚拟力施加在桥梁子系统上.对车辆线弹性有限元模型以及桥梁有限元模型进行模态分析,结合采用模态叠加法和拟力法形成车辆-桥梁耦合系统运动方程,运用迭代方法求解系统振动响应.对高速列车通过多跨简支梁时的刚性和柔性车体振动现象分别进行数值仿真再现,既验证了提出的计算方法,也表明考虑车体柔性对共振时车体加速度计算值有较大影响,而对桥梁加速度基本无影响.     

流冰撞击作用下川藏铁路桥梁振动抑制及行车安全研究

流冰撞击作用是川藏铁路复杂艰险山区桥梁可能的自然灾害。为了评估动力吸振器(dynamic vibration absorbers, DVA)对流冰撞击作用下桥梁的振动抑制特性和对桥上列车走行性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论和DVA设计方法,建立了考虑流冰撞击荷载影响的列车-轨道-桥梁-DVA动力学模型。研究了DVA对冰击荷载作用下桥梁结构横向振动的抑制效果,并分析了其对桥上列车走行性的影响。结果表明：在桥梁墩顶附加DVA后,能有效抑制冰击荷载作用下桥梁结构的横向振动,且列车过桥时的车体横向振动加速度、横向轮轨力、脱轨系数和轮重减载率等动力学指标均明显减小;当行车速度增大到200 km/h时,DVA对车辆动力学响应依然有较好的减振效果;保持行车速度不变,增大DVA的质量比,车辆动力学响应的减振率均增大。试验表明,桥上安装DVA对铁路桥梁抵抗流冰撞击和桥上列车的走行性均有利。