随机车流作用下悬浮隧道车-隧耦合振动分析

悬浮隧道是面向未来交通设计的一种跨海结构物。为研究随机车流作用下水中悬浮隧道的车-隧耦合振动特性,基于不同车型、车间距和车速情况下的随机车流模型,分别采用蒙特卡洛法和有限单元法进行随机车流和悬浮隧道的理论建模。结合Morison方程和车辆位移协调关系,提出了车-隧耦合作用的分析单元,并对悬浮隧道车-隧耦合振动进行数值求解,通过统计分布的方法对计算结果进行讨论。计算结果表明：悬浮隧道在高流量的随机车流荷载作用下发生剧烈的车-隧耦合振动;悬浮隧道的L/4和L/2位置的加速度均方值a_rms服从正态分布的概率分布形式,且L/2位置受到更明显的随机车流荷载作用影响;降低断面锚索竖向刚度和增加锚索布置间距能够改善悬浮隧道的耦合振动竖向加速度幅值,但改善效果呈边际效应递减的趋势。     

基于随机等价线性化法的悬浮隧道锚索随机振动研究

为了得到悬浮隧道锚索在随机环境激励作用下的响应,建立了悬浮隧道锚索非线性随机振动方程,并在方程中考虑了锚索的垂度效应,随后采用随机等价线性化法对随机激励作用下锚索的振动响应进行了分析。研究结果表明:在零均值高斯白噪声环境激励作用下,锚索的跨中位移和速度均方根响应经过一定时间后将趋于定值,位移和速度的互相关函数趋于零;锚索的阻尼比越大,锚索跨中横向位移均方根响应越小;激励的功率谱密度强度越大,锚索跨中横向位移均方根响应越大;由于水体阻尼力的存在,悬浮隧道锚索的位移和速度均方根响应比空气中锚索的响应大幅减小。     

移动荷载作用下悬浮隧道动力响应分析

悬浮隧道是悬浮在水中的一种新型的跨江、海结构。为分析移动荷载作用下悬浮隧道的动力响应,将悬浮隧道简化为等间距弹性支撑梁,基于Morison方程在考虑流体附加惯性效应和阻尼效应的基础上,通过振型叠加法和Galerkin法得到悬浮隧道在移动荷载作用下的振动微分控制方程,并采用四阶龙格-库塔法进行数值求解。结果表明:移动荷载作用下,悬浮隧道的冲击系数和加速度响应与流体作用效应相关,而流体作用效应受结构跨径和振动模态阶数的影响;其次,锚索刚度对移动荷载冲击效应和振动加速度具有一定的抑制作用;再者,高速移动的荷载会引发悬浮隧道结构强烈的波动激荡。     

随机激励作用下悬浮隧道锚索的振动响应

为了研究水下悬浮隧道锚索在随机激励作用下的响应,考虑锚索的垂度效应,建立水下悬浮隧道锚索非线性随机振动方程,采用蒙特卡罗数值模拟法对随机激励作用下锚索的振动响应进行研究。研究结果表明:在零均值高斯白噪声激励作用下锚索的位移和速度均方根响应经过一定时间后将趋于定值;随着激励荷载均方根的增大,锚索位移和速度均方根响应也随之增大;由于水体阻尼力的作用,锚索的位移和速度均方根响应比空气中的锚索大幅减小。     

轴向激励下悬浮隧道锚索参数振动分析

考虑悬浮隧道锚索的垂度,导出了锚索在轴向激励作用下的非线性振动方程,并采用伽辽金法和龙格-库塔法对典型悬浮隧道锚索进行了数值求解.研究表明,锚索的参数振动响应与水体的阻尼力,锚索的垂度,索端激励大小有关;锚索的内外直径比应综合各种因素进行选取;不考虑锚索垂度的计算结果较考虑垂度的计算结果小;由于水体阻尼力的作用,悬浮隧...     

地铁轮轨耦合不平顺激励对轨道振动影响分析

轮轨动态输入激励直接影响车辆-轨道耦合模型的计算结果。目前在地铁列车环境振动振源研究中,大多只考虑了轨道不平顺的激励而忽略了车轮不圆顺的影响。为了构建地铁轮轨耦合不平顺激励、综合分析轨道不平顺以及车轮、钢轨的磨耗状态对轨道动力响应的影响,对一列地铁列车进行了车轮不圆顺的现场测试,同时对一段区间隧道内的轨道不平顺和钢轨粗糙度均进行了测试。基于车辆-轨道耦合频域解析模型计算了轨道动力响应,比较了不同轮轨激励模式对计算结果的影响。同时,在同一区间隧道内实测了钢轨振动响应,用以验证不同激励模式计算结果的准确性。结果表明:美国谱和Sato谱会低估车轮不圆顺典型波长控制频段的振动响应,从而难以准确获得8 Hz~200 Hz频段的振动响应;按能量叠加方法获得的轮轨耦合不平顺谱可反映完备的轮轨激励信息,以此作为激励,在8 Hz~200 Hz频段,可计算获得与实测值更相近的模拟计算结果。     

不平顺条件下高速铁路轨道振动的解析研究

为了分析不平顺条件下高速铁路轨道结构振动,推导了移动车辆在轮对处和轨道结构在轮轨接触点处的柔度矩阵,考虑移动轴荷载和轨道不平顺,建立了移动车辆-轨道垂向耦合振动的解析模型.模型中,移动车辆考虑为弹簧和阻尼器连接的多刚体系统;有碴轨道结构模拟为连续弹性3层梁;轮轨间考虑为线性赫兹接触.算例分析了单台TGV高速动车引起的有碴轨道结构振动,得到轨道不平顺引起的动态轮轨力和轨道各部分的最大振动加速度,研究了列车速度、轨道不平顺以及轨下垫板及扣件、道床和路基等轨下基础刚度对轨道振动的影响.计算表明:随着列车速度和轨道不平顺的增加,轨道结构的振动响应不断增大;轨下基础刚度对轨枕和道床的振动影响较大,对钢轨振动的影响较小.     

随机车轮不圆顺及车辆参数对轨道频域振动响应影响分析

列车引起轨道振动响应受车辆参数及车轮养护维修状态差异等因素影响,短时间内不同地铁列车通过某一固定测试断面引起的振动响应呈现显著的不确定性,且在频域内不同频段的离散特征差异明显。为研究车轮不圆顺及车辆参数随机性对轨道振动响应的影响,以不同运营里程地铁列车车轮不圆顺实测样本为基础,构建了随机车轮不圆顺谱;测量了某地铁隧道区间轨道动态不平顺、钢轨表面粗糙度及轨道垂向振动响应;基于车-轨耦合频域解析模型,采用随机模拟法计算了随机车辆参数及随机车轮不圆顺联合作用下的轨道频域振动响应。研究发现:采用实测车轮不圆顺耦合轨道不平顺作为激励,计算获得频域轨道振动响应与测试值吻合良好,8 Hz～200 Hz的平均绝对百分比误差为2.4%;随机车辆参数、随机车轮不圆顺耦合实测轨道不平顺作用下,8 Hz以下的振动响应未出现显著的离散;16 Hz以上的振动加速度级离散明显,并均呈现正偏态分布特征;63 Hz以上频段分频振动加速度级离散超过20 dB。     

波浪场中水中悬浮隧道动力响应的研究

针对水中悬浮隧道在波浪力作用下动力响应的问题,通过Hamilton原理推导得到了悬浮隧道管段和锚索的运动控制方程,同时考虑了锚索横向和轴向变形之间的耦合作用,建立了悬浮隧道的动力响应模型,在时间域内采用逐步积分法迭代求解其运动控制方程。波浪力采用Airy线性波理论和Morison方程计算。计算结果表明:当锚索长细比较大时,锚索的自振模态会被激发,其横向和轴向变形之间的耦合作用不可忽略。随着入射波高或悬浮隧道重浮比的增加,悬浮隧道的横荡位移以及横摇角增大,但结构的垂荡位移以及锚索中的应力受波浪的影响较小。     

悬浮隧道锚索-隧道耦合非线性参数振动研究

考虑锚索的垂度效应和水体对锚索的作用,建立了悬浮隧道锚索-隧道体耦合非线性参数振动数学模型,并用龙格-库塔积分法对其进行了数值求解。研究结果表明,隧道体的初始扰动严重影响锚索的位移响应;水体对锚索的阻尼力和附加惯性力均可减小锚索的位移响应;增大锚索或遂道体的阻尼可以显著减小锚索的振幅,通过在锚索或隧道体上设置阻尼器以消除锚索的大幅振动的方法可行。     

列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究

为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应,基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型,车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型,轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1 092 m的沪通长江大桥为例,研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明:固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目,又可以反映桥梁局部动力响应;等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动,但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性,故所计算的主梁振动位移偏差较大;由于桥面板局部竖向刚度较小,桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度,建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时,考虑桥面板局部振动的影响;列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小,动力效应不显著。     

列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究EI北大核心CSCD

为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应,基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型,车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型,轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1 092 m的沪通长江大桥为例,研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明:固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目,又可以反映桥梁局部动力响应;等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动,但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性,故所计算的主梁振动位移偏差较大;由于桥面板局部竖向刚度较小,桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度,建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时,考虑桥面板局部振动的影响;列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小,动力效应不显著。     

基于希尔伯特-黄变换提取车辆轨道耦合系统时频特性

为研究各种激扰对车辆轨道耦合系统动力学响应时频特性影响,将基于改进经验模态分解（EMD）的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform）应用于车辆轨道耦合动力学振动信号分析中。运用改进EMD方法提取耦合系统振动响应的固有模态函数（IMF）,并对其进行希尔伯特-黄变换,得到振动响应的希尔伯特时频幅值谱和边缘谱。分析表明：希尔伯特-黄变换较傅里叶变换的分辨率与精度高,能有效捕捉车轮缺陷及轨道谐波不平顺激励下车辆轨道耦合系统的调制信号;车体垂向振动加速度随轨道不平顺波长、幅值非线性变化,振动信号的轮周激励成分为调制信号,且随轨道不平顺幅值增大而减小,随轨道不平顺波长增大非线性变化。     

基于格林函数法的车辆-轨道垂向耦合动力学分析

通过直接求解脉冲激励下线性系统的动力学方程得到车辆系统和轨道系统格林函数的显式表达,基于格林函数和轮轨Hertz非线性接触理论,提出了求解车辆-轨道垂向耦合动力学的新方法。利用该方法分析了车辆系统和轨道系统格林函数的特征,计算了轨道随机不平顺和单一谐波两种不平顺激励下的轮轨垂向力以及轮对和钢轨垂向位移响应,并与传统的车辆-轨道耦合动力学计算结果进行对比。研究结果表明:车辆系统的格林函数主要由随时间线性增加的线性项和随时间逐渐衰减的衰减项组成;轨道系统的格林函数随时间波动衰减,0.15 s后初始脉冲激励引起的钢轨振动基本衰减至0;格林函数法与传统方法的计算结果几乎完全吻合,说明了该方法在车辆-轨道耦合动力学计算中的可靠性。     

道路不平顺激励下车辆运输非线性包装系统动力学响应

目的研究运输车辆-非线性包装系统耦合系统在路面脉冲激励下的隔振特性。方法整体考虑路面-运载工具-缓冲包装材料-物品之间耦合的非线性振动传递模型,建立基于二分之一系统的五自由度路面脉冲激励下车辆-非线性包装系统运动分析理论模型,推导得到系统动力学方程并求解。依据结果比较考虑车辆-非线性包装系统耦合及不考虑两者耦合对运输包装件的影响,从而得知考虑车辆-非线性包装件系统耦合系统下包装件最大竖向位移是不考虑两者耦合情况下的1.25倍左右,并分别对隔振材料非线性因素及路面不平顺因素对包装件的影响进行分析。结果在车辆运输过程中,隔振材料的非线性因素及路面不平顺因素对包装件系统的响应会产生一定的影响。结论对于精确进行被动隔振设计和隔振效果评价具有积极意义。     

具有不确定参数车轨耦合系统 随机振动灵敏度分析

对于轨道不平顺作用下具有不确定结构参数的车轨耦合系统随机振动灵敏度问题进行了研究。车辆采用多刚体动力学模型,弹性轨道采用无穷周期子结构进行模拟。在哈密顿对偶体系下建立了车轨耦合系统混合物理坐标及辛对偶坐标的动力学方程,应用解析手段推导出其相对系统不确定参数的灵敏度控制方程。进一步,基于虚拟激励法和辛方法建立了车轨耦合系统随机振动响应灵敏度分析方法。数值算例结果表明:所提出的灵敏度分析方法具有较高的计算精度,并保留了虚拟激励法高效的特性。该文所开展的工作对于车辆系统动力学参数设计与优化具有很好的参考价值。     

考虑参数不确定性的列车-桥梁垂向耦合振动的PC-ARMAX代理模型研究

车-桥耦合系统不可避免的受到系统参数不确定性的影响,为了研究车-桥耦合系统参数随机性的影响,提出了可考虑动态时变系统参数不确定性的PC-ARMAX (Polynomial Chaos expansions and AutoRegressive Moving-Average with eXogenous inputs) 模型。该模型采用ARMAX模型建立了不同系统参数条件下的代理模型,针对不同系统参数条件下代理模型的参数进行混沌多项式展开。在不考虑随机轨道不平顺影响的条件下,分析了车体质量、二系刚度和阻尼等参数随机性对车-桥响应的影响。研究了轨道不平顺随机性和参数不确定性共同作用的影响。结果表明:该模型的预测结果和蒙特卡洛模拟(MCS)的结果吻合,最大误差仅为2%,计算效率较MCS提高了2个~3个数量级;车体质量参数随机对车辆响应的影响最大,系统参数随机性的影响在车-桥耦合振动分析中是不可忽略,且同时考虑参数不确定性和激励随机性的影响是必要的。     

轨道不平顺对桁架桥动态响应的影响

本文采用有限元法分析计算了广深线上某６４米简支双线下承式钢桁架桥在列车荷载使用下的动力响应，文中将国界作为２７个自由度的振动体系，建立了车辆的动力学方程，采用空间梁单元建立了桁架桥的振动方程，建立了列力过桥时考虑轨道运动及轨道不平顺时车－桥系统的动力学方程式，按ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟轨道不平衡，轨产不平顺分别采用六种线路等级，模拟计算了在不同线路等级下列车过桥时车一桥系统的空间动力响应，最后，列     

地震作用下高速列车与桥梁耦合振动分析

摘要: 为了研究地震作用下高速列车与桥梁耦合振动特性,通过分析JR300系列轮轨高速列车与高架桥在地震作用下的耦合振动,对轨道不平顺、不同地震波对耦合振动响应的影响进行比较研究。结果表明：轨道竖向不平顺会加大车体振动竖向加速度,在地震作用下,车体加速度会接近或超过规定限值;桥梁在地震与列车作用下,考虑轨道的竖向不平顺对桥梁的竖向响应影响较小;不同地震波激励对车桥振动响应影响有较大不同。     

考虑桥面随机不平顺的桥梁动态响应研究

基于随机振动理论研究了桥面不平顺影响下,车桥耦合振动作用时的中小桥梁动态响应曲线。通过建立车桥耦合振动方程,基于虚拟激励法对重力引起的确定性激励和桥面不平顺引起的随机激励求解,得到了桥梁跨中挠度和应力响应的均值和标准差。运用 法则定义随机激励的确定值值域,分析了桥梁跨中位移和应力响应在不同车速和桥面不平顺等级作用下的特性,并讨论了动态响应曲线与准静态影响线的差异。结果表明：桥梁跨中挠度和应力标准差受车速和桥面不平顺等级变化的影响很大;桥梁动态响应值域范围很大,具有较强的随机性;相比准静态影响线,动态响应曲线更能体现车桥之间激励的耦合随机作用。