车桥耦合振动系统的半主动控制法

在已研究的车桥耦合振动动力学模型的基础上,针对简支桥梁模型,将车载对桥梁的耦合作用力看作是外干扰,提出了一种对桥梁的半主动控制模型。根据哈密顿原理推导了控制模型,发现这种模型自身具有状态反馈的特点;针对四分之一车辆与桥梁耦合振动建立的控制模型,经过搭建Simulink仿真,可以看出该模型对于跨中位移以及耦合力作用点位移振幅的削减幅度达80%左右,由此说明了半主动控制模型具有良好的控制效果。     

大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动非线性分析

大跨度铁路斜拉桥在车辆通过时,可能发生较大的变形,致使结构几何非线性效应变得显著.针对大跨度斜拉桥的几何非线性特征及铁路桥的特点,建立了结构空间动力分析模型.以广西红水河铁路斜拉桥和主跨300米双线铁路斜拉桥方案为例,模拟机车过桥的全过程,计算了斜拉桥的车桥耦合振动响应,分析了各种因素对桥梁动力响应的影响.结果表明,对于大跨度铁路斜拉桥,非线性分析结果与线性分析结果相比,具有明显差别.在大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动分析中,考虑结构几何非线性效应是必要的.     

不同轮轨接触模型在车桥耦合振动中的比较

以工程实例为研究对象,建立了整车-整桥系统耦合振动数值分析模型。考虑车轮的跳轨和挤密情况,建立了单边弹簧-阻尼系统弹性轮轨接触模型。采用基于多体系统动力学和有限元法结合的联合仿真技术,计算了两种轮轨接触时动车组列车以不同车速通过大跨度连续桥梁的耦合振动响应。数值计算结果表明:两种轮轨接触模型的桥梁动力响应比较接近;列车的横向轮轨力、轮重减载率和脱轨系数相差较大,当速度为350km/h时,横向轮轨力增大了46.5%,轮重减载率增大了130.8%,脱轨系数增大了24.66%;用单边-弹簧阻尼系统弹性轮轨接触模型更符合实际。     

考虑悬架非线性的变截面连续梁桥车桥耦合振动分析

以三跨变截面连续梁桥为研究对象,将其看作Euler-Bernoulli梁并划分为有限个微段推导出桥梁振动方程,再建立考虑悬架非线性的1/4车辆振动方程,得到车桥耦合振动方程并化简,借助Runge-Kutta法求解获得桥梁任意位置的振动响应.结果表明:考虑悬架非线性后,车辆行驶于桥梁前段时跨中竖向位移与忽略悬架非线性时不...     

小半径曲线上长大桥梁车桥耦合振动分析

本文基于车辆-直线桥梁的耦合振动分析理论,采用模态叠加法,建立车辆-曲线桥梁的耦合振动方程.采用移动坐标系,通过坐标变换,解决车辆曲线通过时轮轨耦合的几何关系.依据赫兹弹性接触理论,考虑密贴接触和非密贴接触,求解轮轨接触力.基于车辆直线运动的Kalker线形蠕滑理论,修正后得出车辆曲线运行的蠕滑率.同时,在广义力向量中考虑了车辆曲线运动时产生的离心力和超高分力.采用分离迭代法求解运动方程,得出车桥耦合振动响应.基于这些理论分析,结合某小半径曲线上长大桥梁工程实例,进行列车-曲线桥梁的车桥耦合振动数值分析,得出了车辆通过小半径曲线上长大桥梁的一些车桥振动特性和规律.     

考虑几何非线性的变截面连续梁桥车桥耦合振动分析

将Euler-Bernoulli梁理论与有限分段思想相融合推演出考虑桥梁几何非线性的变截面连续梁桥振动平衡方程;在其与1/4车辆振动方程耦合后,由振型分解法分离变量即可获得车桥耦合振动方程组的时变系数矩阵;借助Runge-Kutta法计算出变截面梁桥任意桥位的振动响应.实例计算结果表明,总体上考虑与忽略桥梁几何非线性的...     

车桥耦合振动迭代求解数值稳定性问题

本文首先建立简化的等效弹簧振子模型进行车桥耦合振动迭代求解稳定性理论分析,然后将分析结论推广到复杂车桥系统进行验证.论文揭示了迭代不收敛的机理,再现了分离迭代发散的现象,提出了解决或者改善迭代稳定性的方法.研究表明迭代计算稳定性主要由所采用的轮轨接触假设决定,轮轨密贴接触假设是迭代不收敛的主要根源,而采用轮轨非密贴接触假设基本不会导致迭代不收敛.若采用轮轨密贴接触假设,在足够小的积分步长下,轮对质量与轮轨接触处桥梁单元的节点集中质量之比是影响迭代稳定性的关键因素,而桥梁和车辆系统的刚度、阻尼是影响迭代稳定性的次要因素.可采取如下方法改善迭代稳定性:忽略轮对惯性力对桥梁的作用,采用迭代加速技术,选用较大的时间积分步长等.     

高速公路大跨度连续梁桥车桥耦合动力响应与参数影响分析

建立了空间7自由度车辆模型,推导了车辆系统总势能;根据弹性系统总势能不变值原理和“对号入座”法则,建立了车桥耦合系统动力方程,并引入桥梁路面不平顺随机激励;基于Fortran自编程序并以酉水大桥工程为背景,对大跨度连续梁桥车辆移动作用下的动力响应进行了分析,计算分析了汽车冲击系数,并采用狄克曼指标对桥梁振动舒适性进行评价;最后对动力响应参数进行了分析。结果表明：汽车冲击系数随车道数的增加而增大,且比《公路桥梁设计通用规范》中的值大;桥梁振动动力响应参数与狄克曼指标有关,通过狄克曼指标可以判断桥梁的振动舒适性,酉水大桥在正常使用情况下的狄克曼指标为0.768~2.885,振动舒适性良好。参数影响分析所得的相关结论可供高速公路大跨度连续梁桥设计施工、日常运营管理时参考。     

车辆各轮相干桥面不平顺激励的车桥耦合振动

根据车辆左右轮的互功率谱密度和相干函数,推导了左右轮桥面不平顺特性中对应相位角的相干关系,提出了采用相位角相干生成车辆各轮相干桥面不平顺激励的方法,并通过数值算例验证了该生成方法的可靠性.工程应用结果表明,车辆各轮相干桥面不平顺激励增大了桥梁、车辆竖向和车辆俯仰角的振动响应,但降低了车辆侧倾角的振动响应;不同相干函数模...     

基于样条函数的薄壁曲线箱梁弯扭耦合分析

为了更加准确地分析薄壁曲线箱梁弯扭耦合问题,放弃了弯曲时的平截面假设和乌曼斯基对扭转时纵向翘曲位移的假定,在标准的三次样条函数基础上推导出了转换后的三次样条函数,利用该函数来模拟弯曲和扭转耦合情况下的纵向位移,考虑了弯曲时剪力滞后、剪切应变,以及翘曲剪应变的影响,并在弯曲和扭转应变能完全耦合的情况下进行了计算.建立了薄壁曲线梁弯扭耦合分析的哈密顿对偶求解体系,导出了哈密顿正则方程.哈密顿正则方程为一阶微分方程组,便于应用高精度的精细积分法来求解.本文将三次样条插值与精细积分相结合,形成了一种半离散半精细积分的新算法,从一定程度上完善了薄壁曲线箱梁的分析理论.将本文算法与相关文献计算结果进行对比,平均相对误差为4.45％,整体吻合良好.     

固定网格下的特征线法求解溃坝问题

溃坝问题是典型的非线性双曲方程的Riemann问题,其数值求解的难点在于对间断面的捕捉以及避免间断面处在数值计算过程中产生数值色散,因而为求解此问题所产生的各种数值计算方法的优劣也体现在这两个方面。本文针对溃坝问题提出一种新的计算方法。该方法基于对偶变量推导的浅水波方程,根据方程的特点,从方程的特征值和黎曼不变量出发,采用高精度的激波捕捉方法计算黎曼不变量的位置随时间的变化,然后映射至不随时间变化的固定网格。根据黎曼不变量的位置,采用保形分段三次Hermite插值将物理量映射至网格节点。计算结果显示,该方法不仅操作简单,计算量小,而且结果准确。     

Numerical solution of Poisson equation with wavelet bases of Hermite cubic splines on the interval

A new wavelet-based finite element method is proposed for solving the Poisson equation. The wavelet bases of Hermite cubic splines on the interval are employed as the multi-scale interpolation basis in the finite element analysis. The lifting scheme of the wavelet-based finite element method is discussed in detail. For the orthogonal characteristics of the wavelet bases with respect to the given inner product, the corresponding multi-scale finite element equation can be decoupled across scales, totally or partially, and suited for nesting approximation. Numerical examples indicate that the proposed method has the higher efficiency and precision in solving the Poisson equation.     

非线性动力方程的三次样条-增维精细算法

提出一种针对非线性动力方程的改进精细积分方法。该方法是在时间步长内采用分段的三次样条函数拟合非齐次项,保持高精度拟合的同时避免了求导运算和高次多项式插值带来的Runge现象。通过引入4×2个变量将动力方程增加四维转化为齐次方程,并建立相应的通解格式,避免了状态空间下系统矩阵求逆。将指数矩阵分为四个子模块,利用各模块的特点分别进行理论推导及基于精细积分法进行分步、分块计算得到相应的理论解和高精度数值解,无需反复计算整个指数矩阵,提高了解算效率。针对含未知状态量的非齐次项,引入预测-校正的方法进行迭代求解。数值计算结果表明了本文方法的有效性。     

一种快速稳健的并行多块结构动网格方法

为解决传统网格处理方法不能满足复杂外形在大设计空间内进行优化时对网格质量的要求的问题,提出了一种并行多块动网格方法,该方法基于初始外形的多块结构网格,根据优化过程中个体外形与初始外形拓扑结构相近的特性,利用体样条插值方法来拟合多块结构网格各块顶点的位移,得到几何外形变化后的拓扑结构,再利用无限插值方法并行地移动初始外形多块结构网格的边、面和块内的网格点,进行光顺处理后得到变形后几何外形的空间网格;该方法在保证网格质量的同时,可以极大地提高网格生成效率,本文以某翼身组合体为例结果表明,该方法在大设计空间的复杂外形设计问题中具有很强的实用性。     

基于优化模型的结构声学耦合界面载荷传递算法

针对结构声学耦合系统的界面载荷传递问题,提出了一种基于约束最优化模型的局部参数插值算法。耦合界面处结构和流体单元表面坐标通过各自的形状函数进行插值,把界面载荷在互不匹配的网格节点间的传递问题转化为一个点到用自然坐标表示的有限边界曲面的最小距离问题,以便利用成熟稳定的优化算法对其进行高效求解。与已有方法相比,该算法在耦合界面单元为曲面的情况下仍能保持较高的计算精度。本文给出的数值算例验证了本算法的有效性和可靠性。     

曲面柱壳单元及柱壳相贯的有限元分析

本文在正交曲线坐标中建立了一个二十四自由度的壳单元,分析了正交柱壳相贯线上两柱壳的位移与转角并建立了相互转换关系,用主从约束的方法联合求解。几个算例表明,该单元具有较高精度,结果整理简便。用于工程计算可节省大量机时。     

列车-桥梁耦合振动研究综述

针对列车-桥梁耦合振动问题,从模型分类与建立、轮轨接触、数值计算、工程应用等4个方面综述了20世纪60年代至今,特别是近20年以来的研究进展,总结了已经取得的成就与结论.并指出建立更加精细合理、运算效率高的列车-桥梁耦合振动模型,综合考虑整个体系中的各种因素,更系统地分析车、桥相互作用的影响关系,将成为列车-桥梁耦合振动研究的必然趋势.      

经受侧向撞击圆管的大变形分析

对两端固支圆管经受侧向撞击时的塑性大变形进行了实验研究和理论分析,理论预测值与实验结果符合很好.