基于振幅放大机制的周期钢弹簧浮置板轨道结构低频振动控制

钢弹簧浮置板轨道结构因其具有良好的减隔振性能在城市轨道交通中应用广泛,但对于20 Hz以下的低频振动,尤其是人体敏感频率范围内(4～8 Hz)的隔振效果并不理想。鉴于此,引入振幅放大思想,设计了一种杠杆式隔振器,用于有效提升钢弹簧浮置板轨道在人体敏感频率范围内的隔振效果。基于钢弹簧浮置板轨道结构的周期性特征,采用能量泛函变分法并结合人工弹簧技术建立了配置有杠杆式隔振器的周期性钢弹簧浮置板轨道结构带隙特性分析模型;以带隙特性作为评价指标,从研究振动波传递的角度出发,系统地分析了配置有杠杆式隔振器的钢弹簧浮置板轨道结构中弯曲振动波的传递路径特征,验证了杠杆式隔振器对轨道结构中低频弯曲振动波的调控作用。在此基础上,进一步考虑列车荷载的作用,分析验证了动态轮轨力作用下杠杆式隔振器的低频隔振性能以及对轨道结构动力响应的影响。结果表明：杠杆式隔振器对浮置板轨道的低频弯曲波调控效果明显,由0～9.6 Hz成功调控至4 Hz以下;与普通浮置板轨道相比,4～8 Hz范围内传递至下部基础的力大幅度衰减,最大衰减约20 dB,同时,杠杆式隔振器对轨道结构的振动也有一定的抑制效果。     

钢弹簧浮置板轨道结构的动力特性分析

利用ANSYS软件，建立了浮置板轨道系统的有限元模型。采用Newmark时间积分方法，模拟了列车荷载作用下，浮置板轨道结构的瞬态响应。分析表明，浮置板轨道的隔振效率远优于普通板式轨道，弹簧隔振器的刚度、阻尼等参数对浮置板的振动特性影响较大。     

轧制力动态特性影响下的轧机辊系振动行为研究

考虑受辊系振动影响时轧制力的动态特性,建立了板带轧机辊系非线性振动模型。采用平均法求解得到振动系统的幅频响应,分析不同轧制速度和外激励幅值对幅频特性的影响规律。运用奇异性理论分析振动系统静态分岔行为,得到系统分岔的转迁集以及出现不同振动形态的临界条件。以轧制速度为分岔参数,研究轧机辊系振动系统动态分岔特性。结果表明：轧机辊系振动行为对轧制速度变化十分敏感,振动幅值随着外激励幅值和轧制速度增大而增大,系统不稳定频率范围随着轧制速度提高而减小,随外激励幅值增大而增大;系统随轧制速度变化出现阵发性混沌运动,结合最大Lyapunov指数曲线得到稳定轧制时的速度范围。研究结果为抑制轧机振动和保障轧机稳定运行提供了理论参考。     

市域快线现浇钢弹簧浮置板轨道动力性能研究

为了验证长度为25 m现浇钢弹簧浮置板轨道在市域快线轨道交通中的适用性,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立CRH6动车-现浇钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型及其数值方法.通过仿真计算,对快速行车条件下现浇浮置板道床与列车的耦合动力学性能进行仿真分析,评估长为25 m现浇钢弹簧浮置板道床高速行车的安全性、舒适性和稳定性,重...     

地铁浮置板轨道结构隔振研究进展

从地铁轮轨之间的相互作用分析了激振源以及激振力表达模型和施加方式,在阐述浮置板轨道隔振原理、分析橡胶支承浮置板和钢弹簧支承浮置板基本结构的基础上,剖析了基于集总参数模型、连续弹性支承模型、连续弹性点支承模型的浮置板轨道隔振系统动力学建模方法。从动力学性能、模态分析、隔振性能3个方面阐明了浮置板轨道的动态响应性能。针对浮置板轨道隔振存在的主要问题,指出基于可调刚度、阻尼的隔振器参数优化与(半)主动隔振控制技术是其发展的方向。     

钢轨打磨小车振动特性及其对打磨质量影响的研究

钢轨打磨小车是打磨列车进行打磨作业的主要执行机构,钢轨打磨小车工作时的振动状态会直接影响打磨质量。本文为探究钢轨打磨小车的振动特性及其对打磨质量的影响,分别在不同打磨速度和不同轨道波磨条件下进行了钢轨打磨小车的打磨实验,并对钢轨打磨小车在不同工况下的振动特性及打磨对钢轨不平顺质量的改善进行了现场测试。测试结果表明打磨小车在作业时的主要振动激励来源于砂轮与钢轨相互作用产生的振动,其频率与电机转子的旋转频率相同;随着打磨速度的增加,打磨小车各主要结构的振动幅值降低,且打磨后的钢轨不平顺质量有所提高;在具有波磨的轨道上进行打磨作业时,打磨小车各主要结构的振动幅值均高于在无波磨的轨道上打磨的幅值;当波磨的通过频率与打磨电机的激振频率吻合时,对钢轨打磨小车的振动和打磨后的钢轨不平顺质量均不利。     

移动荷载下轨道-隧道-地基振动响应分析

地铁列车运行引起的环境振动日益引起人们的关注。通过引入位移势函数和傅里叶变换,推导了移动荷载作用下轨道 隧道 地基纵向二维耦合模型的振动响应解答,并与一维地基梁模型的响应结果进行比较。研究表明,将隧道考虑为Timoshenko梁时得到的隧道挠度及地层位移要比Euler梁时的大,但系统的临界速度会有所降低。隧道埋深越大,隧道和地基变形越小;反之,下卧地层越厚,隧道和地基的振动位移越大。浮置板轨道可以有效减少传递至隧道上的振动荷载幅值,但对隧道和地层位移的影响不大。一维轨道 隧道 地基模型可以用来确定隧道内的振动荷载,但是两者的挠度计算结果只在列车速度及地基厚度不大时较为接近,否则差异较大。研究对于地铁振动响应的理论分析具有一定的参考价值。     

螺栓连接梁非线性振动的定频试验研究

为改进螺栓连接结构的定频试验方法,对国际上标准的Brake-Reu?螺栓连接梁结构的非线性振动特性进行试验研究,精确测量结构在每个频率下激励与响应之间的非线性关系,重构恒力条件下的非线性幅频及相频特性曲线,分析不同激励水平及不同拧紧力矩条件下结构非线性振动响应的变化规律。该方法无需反馈控制,简便快捷,可以克服扫频过程中力跌落引起的测量误差,精确测量非线性结构激励与响应之间的幅值和相位关系,可为结构的非线性建模仿真提供精确的参考数据,有助于深入认识结构的非线性振动特性。     

高速移动载荷下的轨道振动特性

考虑高速移动载荷作用下轨道结构的离散轨枕支撑、钢轨剪切变形及转动惯量对轨道振动响应的影响,建立基于Timoshenko梁的双层黏弹性离散支撑轨道振动模型,利用Fourier变换法求解具有周期性支撑的轨道响应,通过与文献中试验结果对比,验证其在固定简谐载荷下计算结果的正确性。研究表明,轨枕的离散支撑使得轨道刚度呈现周期性变化,跨中最小,轨枕上方最大,形成高速轮轨系统的参数激扰;移动载荷作用使轨道系统呈现以速度为变量的共振特性,载荷原点导纳随车速提高先增大后减小,此外,低速时轨道振动响应最大值出现在载荷点位置,随着速度提高,最大轨道振动响应滞后于载荷点;移动载荷使得轨道系统各阶振动主频出现变化：低阶振动主频随速度提高而降低,达到一定速度时降低为0,之后又随速度提高而上升;高阶振动主频也随速度提高而非线性下降;由于移动载荷的多普勒效应,轨枕离散支撑引起pinned-pinned共振和反共振出现上、下分叉,分叉频率偏移量为轨枕通过频率之半。基于Fourier变换法实现高速移动载荷下的轨道振动响应分析,为高速轨道系统设计提供参考。     

超声导波在圆管结构损伤定位中的应用

针对结构损伤会影响超声导波传播,提出基于超声导波无损检测的结构健康监测方法。以内径为174mm、外径为194mm、材料为20~#碳钢的圆管结构为例,根据频散方程利用数值法求解其纵向模态以及周向Lamb波频散曲线。同时考虑其频散曲线和波的结构,确定激励频率中心频率为80kHz。在此基础上进行有限元仿真,验证圆管中导波的传播机理及特征。针对此频率圆管纵向模态导波以及周向Lamb波的频散特性、波的结构比较接近,且都与板中的Lamb波相似,从而提出了单点激励、多点接收,并采用椭圆定位的方法,实现圆管结构损伤定位。通过仿真和实验验证该方法对切槽、圆孔等损伤的识别效果,并对损伤定位误差的影响因素进行了分析。     

A layered approach to the non-linear static and dynamic analysis of rectangular reinforced concrete slabs

A simplified model for the static and dynamic behaviour of reinforced concrete slab has been developed, based on laminated theory. The proposed model considers the slab as a layered structure and leads to explicit relations, which account for the macroscopic linear and non-linear behaviour of slabs on lines of simple supports. The presented models aim to analyse and design slab to resist impact from rock falls. The results conform well with those of experimental and finite element methods, and indicate the anisotropy effects on natural frequencies and mode shapes of slabs which are highly reinforced in only one direction, such as rock shed slabs or slabs reinforced with FRP.     

Nonlinearity and non-stationarity analysis of dynamic response of vehicle–track coupling system enhanced by Huang transform

A method is proposed to analysis the nonlinearity and non-stationarity of dynamic response of high speed vehicle–track coupling system, to understand the properties of signal and its underlying physical meaning. First, a space coupling model of high speed vehicle–track system is built according to the theory of coupling dynamics of vehicle–track system. Then, the dynamic response of vehicle–track system is processed by Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) to generate the intrinsic mode functions (IMFs). Next, the “Direct Quadrature” (DQ) method is used to calculate the local instantaneous frequency and instantaneous amplitude of the IMFs, the generalized zero-crossing method and the full wave zero-crossing method are applied to calculate the mean local frequency of the IMFs. Finally, the index and degree of nonlinearity and non-stationarity based on intra-wave frequency modulation (the deviation of the instantaneous frequency from the generalized zero-crossing frequency) and inter-wave frequency modulation (the deviation of the instantaneous frequency from the full wave zero-crossing frequency), are defined to quantify the nonlinearity and non-stationarity of dynamic response. The usefulness and capability of the proposed method are displayed through two cases, which are considered general enough to be the representatives of nonlinear and non-stationary dynamic response of vehicle–track coupling system.     

光电对抗半物理仿真系统航迹生成方法

为了建立能体现飞行器姿态变化及实际运动特性的航迹模型,提出了在光电对抗半物理仿真系统中利用变参数控制生成目标航迹的方法。该方法依据飞行轨迹控制原理,把飞机飞行动力学模型作为被控对象,在分析轨迹控制参数特点的基础上,构造了以控制误差为自变量的比例参数和微分参数函数模型。通过这些函数,变参数模型能够根据瞬时误差实时改变参数大小,从而适应飞行器轨迹运动过程中的非线性特点,减小生成航迹的误差。最后,利用某型飞机数据进行了数学仿真试验。结果表明:该方法产生的航迹与给定航迹最大距离相对误差为3.9%,稳定后相对误差为0.1%;航向最大相对误差为1.8%,稳定后相对误差为0.056%。另外,该方法具有通用性,可以满足仿真系统中对目标航迹模拟的要求。     

基于实测数据的车轨耦合模型更新方法

提出了一种适用于车轨耦合系统的模型更新方法,其更新过程主要由两大步骤来实现:a.更新列车运行速度;b.更新扣件刚度。首先,建立了地铁列车车轨耦合系统模型,采用迭代的方法求解系统动力响应;其次,选取地铁普通整体道床轨道线路开展测试以获得现场实测数据,随后利用车轨耦合系统模型发现钢轨位移动力响应受扣件刚度影响较为明显,而受扣件阻尼影响较小。更新列车运行速度的主要目的是使激振主频更加吻合现场实测状况,在此基础上更新扣件刚度可使频域幅值更为接近。钢轨位移动力响应的频谱由列车周期荷载的一阶多次频率控制,这是由于轨道结构的多点连续支承特性所造成的。通过对比模型更新后的模拟结果与测试结果,验证了所提模型更新方法的可行性。研究结果表明,更新列车运行速度及扣件刚度是进行地铁列车与轨道耦合系统模型更新的有效方法之一。     

基于液—固耦合有限元仿真的液阻悬置集总参数模型动特性分析

探讨应用非线性固体有限元和液-固耦合非线性有限元仿真方法预测与识别液阻悬置集总参数模型的主要参数(如上液室的体积刚度和等效活塞面积、惯性通道中的液体和解耦板及其附连液体的惯性系数与流量阻尼系数等)的分析方法。在此基础上，利用集总参数分析模型对一种轿车用液阻悬置的动特性进行计算分析。数值预测结果与实测结果或近似解析计算结果的对比分析表明，基于液-固耦合有限元仿真方法的液阻悬置集总参数模型动特性分析技术是可行、有效的，其预测结果精度特性满足工程要求。应用这种方法，可以在液阻悬置的设计开发阶段较精确地预测产品的性能和进行优化设计，有利于提高产品设计质量、缩短开发周期。     

Application of 2D-infinite beam elements in dynamic analysis of train-track interaction

Railway structure is a structure with an infinite length for which its modeling is usually carried out by accepting some assumptions for boundary conditions. In practice, there are various methods of modeling by forming equations of motions and dynamic analysis. One of these methods is modeling the railway track by finite element method. Generally in such modeling, a limited length of a track is modeled and executed by implementing some boundary conditions. Assortment of boundary conditions has an effect on dynamic responses. To reduce such effects, usually the length of the track is chosen to such a measure to minimize the dynamic responses of the end points of the track elements to zero. Doing so would cause an increase in the length of the track and hence add to an equation’s degrees of freedom, volume of output and prolongation of analysis time. For this reason, a combination of finite elements and infinite beam elements (two end elements) has been proposed for railway track modeling. Also, matrices of mass, damping and stiffness of one infinite element which has been laid on a visco-elastic bed, have been calculated by implementing selected shape functions. Therefore, by applying two infinite beam elements on either side of the model, a railway track is formed like a beam on an elastic bed which creates the possibility of eliminating the boundary condition effects. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Hong Hee Yoo Jabbar Ali Zakeri received a B.S. degree in civil Engineering and MSc. Degree in structural engineering from Tabriz University in 1992 and 1995, respectively. He then went on to receive his Ph.D. degrees in Road and Railway Engineering from Beijing Jiaotong University in 1997. Dr. Zakeri is currently an Assistant Professor at the School of Railway Engineering at Iran University of Science and Technology. Dr. Zakeri’s research interests are in the area of dynamic analysis of train — track interaction, railway track dynamics, track maintenance and construction.     

多体双挠臂空间滑道连接系统的几个动力学问题及其激光机器人应用

由本文获得之动力学,控制方程物理意义明显直观,并使程序也规范方便,使多体力学三种典型运动之错综耦合,一目了然。文中约束关系复杂,对之作了重点的妥善处理。对于困难的Stiff方程,建议了有效的Gear解法。对结果除四点分析外,并对挠臂非自然坐标向自然坐标参数方程转换之可能性作了估计分析。此外对未实践可能出现的中曲率挠臂中之非线性因素及其麻烦作了分析。     

Sensitivity analysis of track parameters on train-track dynamic interaction

Dynamic behavior of railway tracks when trains are running is influenced by several factors, i.e. rolling stock, the components of superstructure and their specifications. Usually, features like the sleeper spacing, rail pad stiffness, ballast damping and stiffness have an effect on the dynamic response of the track. The best method to study the dynamic behavior of the track is to model the track assembly and the train as a whole and carry out an analysis of dynamic interaction. Such analysis makes the identification of the track’s dynamic behavior easer and helps to anticipate the deterioration of the track elements, and determines the effects of increase or decrease of mentioned parameters. This paper presents track-train dynamic interaction without considering irregularity of the rail face. A sensitivity analysis was carried out on the selected model. The analysis was undertaken with the view of varying one of the mentioned parameters and the results were presented to further identify the deterioration of the track elements. The results indicate that reducing sleeper spacing, rail pad stiffness, ballast stiffness, and increasing ballast damping reduces wheel-rail, rail-sleeper, and sleeper - ballast contact forces.     

柔性机器人臂协调操作的协调性

针对具有柔性臂和柔性关节的机器人协调操作刚性负荷，由载荷分配法分配载荷，以物体实际的质心位置为边界条件并且等于期望的轨迹，建立了具有柔性臂和柔性关节的机器人臂协调操作的逆动力学模型。这种基于绝对坐标的逆动力学模型可使各协调机器人保持很好的协调，并且较准确地实现期望轨迹。通过与通常的方法相比，分析了影响机器人协调操作的协调性的因素，实例验证了有效性。     

基于运动学的受控机构优化

提出了视角、轨迹内、轨迹外的基本概念；针对受控机构精确实现多点轨迹的特点，建立了精确实现多点轨迹受控机构的优化模型；基于Windows条件下，提出了运用广义逆等方法求解以补偿运动的位移、速度、加速度和响应频率等为目标函数的优化解的方法。实例计算表明该方法是实用可行的。