风-车-桥耦合系统的车桥气动特性

采用数值模拟方法对风-车-桥耦合系统的车桥气动特性进行分析研究,模拟计算了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数。分析了车桥间相互的气动影响．研究结果表明．车桥耦合系统与桥梁和车辆各自单体相比较,气动力系数差异较大,故建议进行风-车-桥系统耦合振动分析时,车桥气动力系数应考虑车桥间的气动影响．     

车辆参数对车-桥耦合系统变截面连续梁桥损伤识别的影响

文章研究车-桥耦合系统的非线性振动特性,采用有限分段思想,建立1/4车辆模型和变截面连续梁桥的车-桥耦合振动方程,在MATLAB环境下编制基于Runge-Kutta算法的车-桥耦合振动数值分析程序,得到桥梁跨中位移响应;以某三跨混凝土连续梁桥为算例,分析车桥质量比、车辆速度、车辆弹簧刚度、信噪比4组参数的变化对变截面连续梁桥损伤识别的影响。结果发现：车桥质量比和信噪比较大时,桥梁损伤识别效果较好;较低的行车速度有利于桥梁的损伤识别研究;车辆弹簧刚度的影响非常小,可忽略不计。     

基于试验测试的公路车-桥竖向振动相互影响分析

耦合的处理是桥梁在汽车荷载作用下动反应计算的一个难点。为了便于工程应用,需要对耦合作用作简化处理。基于实测振动曲线,分析了移动车辆对桥面竖向振动的贡献,以及桥面振动对移动车辆和静止车辆竖向振动的贡献。分析发现:车辆振动对桥梁竖向振动影响显著,但车辆的移动大大弱化了桥梁振动对车辆振动的影响,桥梁振动对移动车辆竖向振动影响很小可忽略不计。实测分析结果为车-桥耦合作用的简化处理提供了途径和依据。     

考虑车辆过缝的车-桥耦合振动分析方法

为考虑伸缩缝参数变化对车-桥耦合动力响应的影响,通过分析车轮过缝过程,提出了车辆过缝等效力、等效位移模型.利用伸缩缝局部振动模态提取法及模态综合法,建立了考虑伸缩缝参数影响的车-桥耦合动力响应分析模型,并基于Matlab平台编制了车辆过缝的车-桥耦合动力响应分析程序及其数值求解方法.以某简支转连续梁桥为例,通过现场实测对考虑车辆过缝的车-桥耦合动力响应分析方法进行验证.结果表明,利用所提方法计算的伸缩缝和主梁的加速度和位移响应峰值与实测值的误差均在7%以内,说明该方法能够较为准确地考虑车辆过缝对车-桥耦合动力响应的影响.     

基于PTMD的双主梁钢-混组合梁桥车-桥耦合振动控制

针对双主梁钢-混组合梁桥车-桥耦合振动问题,文章以某高速公路路段1座4×35 m双主梁钢-混组合梁桥为例,设计一种通过调谐质量块与黏弹性层之间的碰撞来耗散能量的碰撞调谐质量阻尼器(pounding tuned mass damper, PTMD),以减小车辆引起的桥梁振动;结合桥梁和车辆的运动方程,建立车-桥-PTMD耦合系统运动方程;考虑路面条件,基于三维车辆模型、桥梁模型和PTMD系统建立车-桥-PTMD耦合系统的仿真模型,以研究该装置的减振效果。结果表明,该文研究的PTMD对钢-混组合梁桥的车-桥耦合振动有明显的抑制效果,且随着其质量比的增大,减振效果有显著提升。     

大跨度上承式拱桥的风-车-桥耦合振动研究

为研究风荷载作用下高速列车与大跨度上承式拱桥的耦合振动特性,以奉节梅溪河特大桥作为算例,通过多体动力学软件SIMPACK和有限元软件ANSYS进行联合仿真,建立了风-车-桥耦合系统.计算分析了风速以及行车速度对桥梁动力响应以及列车的行车安全性、舒适性指标的影响.计算表明:桥梁横向位移受风荷载控制而竖向位移受列车荷载控制...     

基于GPU的车辆-轨道-地基土耦合系统3D随机振动并行计算方法

针对轨道不平顺随机特征导致车辆-轨道-地基土耦合系统随机分析计算效率低的问题,采用虚拟激励法降低大样本分析的计算量;针对耦合系统等效刚度矩阵的稀疏特性,采用行压缩(Compressed Sparse Row,CSR)格式存储大型稀疏矩阵,采用预处理共轭梯度法(Preconditioned Conjugate Gradient,PCG)求解对称正定的等效静力平衡方程,最后通过MAT-LAB-CUDA(Compute Unified Device Architecture)混合平台开发基于GPU的并行计算程序.数值算例表明:基于MATLAB-CUDA混合平台求解等效静力平衡方程的效率是串行多点同步算法的86.13倍,大大缩短了随机振动分析的总计算时间,且内存占用小、易于在个人计算机上实施;采用PCG法求解车辆-轨道-地基土耦合系统形成的大型稀疏线性方程组时,建议以加速度指标作为迭代收敛精度的控制指标;可通过选取适当的迭代收敛精度,以达到计算精度和计算效率的平衡.     

轮对蛇形运动及对车-桥耦合振动的影响

以蠕滑理论建立横向轮轨关系的车桥动力相互作用模型,以典型高速铁路车辆通过32 m简支梁桥作为算例,研究不同车速和桥梁刚度时车桥动力耦合系统中的实际轮对蛇形运动.采用按轮轨密贴假定建立的另一种以轮对蛇形为激励的车桥动力分析模型,以蠕滑理论求出的轮对蛇形运动作为激励,与不考虑轮对蛇形运动激励时的车桥动力响应结果进行比较.结果表明,在分析桥梁动力响应时可忽略轮对蛇形运动的影响,而分析车辆动力响应时则应加以考虑.     

FRP桥面板钢梁桥车桥耦合振动分析

本文采用3-D全车模型和模态坐标法,以路面竖向不平顺为激励源,建立车-桥耦合振动微分方程,用Runge—Kutta法求解,据此思路用Matlab编制车-桥耦合振动的计算程序,并进行了FRP桥面板钢梁桥的振动分析,模拟结果与现场实测结果对比符合较好,表明该方法正确有效,可用于分析各种车桥耦合振动问题。     

连续梁桥多车辆车-桥耦合非线性动力分析

针对连续梁桥在考虑桥梁自身非线性条件下的多车辆车-桥耦合振动响应问题,文章采用达朗贝尔原理建立了车辆模型的振动方程,基于欧拉-伯努利梁假设推导出桥梁的非线性振动方程;利用伽辽金法对多车辆车-桥耦合系统的非线性动力平衡方程组进行了简化,并运用Newmark法借助Matlab进行了数值求解;最后通过具体算例探讨了多车辆匀速行驶时行车数目、行车间距对桥梁动态响应值的影响。数值分析结果表明:连续梁桥跨中的动态响应值会随着行车间距的增加先增大后减小,同样也随着行车数目的增多先增大后减小。     

基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题,提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型,并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程;列车采用31自由度刚体动力学模型,轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力;利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车-桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象,开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析,研究了桥梁整体和局部动力响应,以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明:正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁;大跨度斜拉桥的动力系数较小,受车速和轨道不平顺谱的影响较小;钢桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态,在疲劳性能研究中需要特别关注;设计速度条件下,桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.     

考虑土-结构相互作用的车桥系统耦合振动分析

列车提速加剧了车桥系统的耦合振动，为此结合天津轻轨工程分析了考虑土一结构相互作用（SSI）效应的车桥系统的耦合振动．分别建立了考虑SSI效应和不考虑SSI效应（即墩底固接）的车桥系统耦合振动的分析模型．在车桥系统模型中，建立了27个自由度的车辆模型；在桥梁模型中采用空间梁单元进行模拟；在考虑SSI效应中，以弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，将群桩基础等效简化为弹性地基梁．对天津轻轨工程一座四跨预应力混凝土连续刚构桥的数值仿真分析结果表明，考虑SSI效应，对桥梁结构的横向和扭转角位移响应影响显著，而对桥梁结构的竖向和纵向位移响应影响不大，其中横向位移最大增幅达90％，扭转角最大增幅接近38％．可见，处于地基软弱地区的铁路桥梁，SSI效应会对车桥系统的耦合振动产生不容忽视的影响．     

多点激励简支梁桥车桥耦合振动响应

为研究多点激励下,简支梁桥跨中截面的动力响应,基于车辆动力学的相关原理,推导多车车辆动力学模型,采用模态综合法建立多车车桥耦合分析系统,并与相关文献算例结果进行对比分析,得出自编程序与文献算例结果相对误差在6％以内,验证方法的正确性;通过分析不同车辆间距和车辆数量通过桥梁时,结构跨中截面的动力响应变化.结果 表明:在一定车辆间距和车辆作用下,车辆振动与桥梁的能量耗散相抵消,结构动力响应达到极值,且在多点激励下,部分国家规范值相对偏小,建议在后续分析中加入多车激励响应的影响,相关研究成果可为公路桥梁多车车桥动力分析提供参考.     

基于逆虚拟激励法的随机路面谱的识别方法

采用逆虚拟激励法对随机路面谱的识别方法进行了理论推导,并用确定性方法求解车辆平稳随机振动路面谱的识别问题.求解过程中通过给定车辆振动响应的自功率谱和互功率谱,反求路面激励功率谱,然后再计算得出车辆对路面激励的振动响应功率谱.通过模拟仿真,对比了计算路面谱与实际路面谱的差异,验证了推导结果的有效性.研究结果表明,逆虚拟激励法在求解车辆振动响应路面谱方面,具有很好的求解精度和计算效率.该方法为车辆振动平顺性的研究提供了新的思路和方法,具有很好的应用前景.     

一种基于响应的振动系统参数识别的迭代方法

研究了振动反问题,提出了一种适用于振动系统参数识别的迭代方法。该方法把振动控制方程转化为状态方程,基于振动系统的时域响应,通过构造一种矩阵迭代算法来反演系统参数。数值算例表明本文方法具有较快的收敛速度和较高的精度。     

公路简支梁桥在车辆荷载作用下的动力响应分析

把车辆和桥梁看作两个分离的子系统,分别应用d’Alembert原理和有限元法建立它们的振动微分方程,通过两个子系统之间的位移协调条件和相互作用力相等的原则将车辆和桥梁的振动微分方程耦合起来.利用有限元软件ansys的二次开发APDL语言编写了求解车桥耦合系统振动微分方程的命令流,以路面随机不平顺为激振源,进行了车桥耦合系统动力响应的计算,研究了路面不平顺及车辆参数对桥梁动力响应的影响.计算结果表明,路面等级、车速、车辆悬架刚度、车辆悬架阻尼对桥梁结构动力响应的影响明显;车重、轮胎阻尼、轮胎刚度的影响次之.     

修正Timoshenko梁自由振动及Euler梁误差分析

基于考虑剪切变形所引起转动惯量的Timoshenko梁,采用分离变量法和高阶线性微分方程组特征值问题求解方法,系统地给出了修正Timoshenko简支梁模态特性的分析方法,推导得到了修正Timoshenko简支梁自振频率计算公式和振型函数表达式;并给出了Euler梁模型相对于修正Timoshenko梁模型的误差计算公式。分析结果表明:影响Euler梁模型计算误差的因素包括四个方面:振型阶数、材料泊松比、梁剪应力不均匀系数和回转半径与梁高跨比;随着振型阶数和高跨比的增加,Euler梁模型计算误差值迅速增长;在建筑材料泊松比的分布范围内,Euler梁模型计算误差随泊松比大约呈线性增长趋势;典型截面对Euler梁模型计算误差影响的排序为:圆形矩形T字型圆管箱型工字型H型,采用Euler模型计算工字型和H型截面梁振型频率时,需要特别加以注意。     

基于Matlab-Midas的车辆-大跨度连续刚构桥竖向振动特性

为了研究车辆-大跨度连续刚构桥竖向振动特性,根据蠕滑理论并结合Matlab软件快速求出轮轨力,将模拟的轮轨力输入到用Midas建立的桥梁有限元分析模型中,求解出桥梁的竖向振动响应.仿真结果表明,采用于Matlab-Midas模型求解车桥系统竖向振动特性的方法具有较高的可行性和便捷性.以某大跨度连续刚构桥为例,选取和谐号CRH1,CRH2,CRH3,CH4型电力动车组,分析了4种不同型号电力动力车组的竖向动力响应,结果显示CRH4型的竖向位移动力响应大于其他3种类型,但是4种车型总的变化趋势一致.     

基于随机行走模型的人致人行桥振动响应分析

为研究人致荷载中的随机性对人行桥结构振动响应的影响,首先,提出了四种考虑时—空多尺度的随机行走模型,对随机步行荷载激励下的动力学方程进行了解耦;其次,分析了每种模型的峰值加速度响应、桥上驻留人数以及人群占位区间上的变化规律;最后,对比研究了不同模型之间的区别。研究结果表明：有序排列模型(OAM)的响应值域范围较广,易出现大幅振动,人行桥峰值加速度出现时刻,人群荷载主要作用在跨中位置;随机分布模型(SDM)、随机到达模型(SAM)以及动态平衡模型(DEM)的峰值加速度响应均服从正态分布规律,且结构最大响应时人群主要分布在下桥端附近;SDM的驻留人数主要与初始时刻人数相同,DEM的驻留人数取决于稳态下的行人数,SAM则相对均匀;考虑行人行走随机性的四种模型可用于人致人行桥振动响应分析和舒适度评估。     

对边简支梁式夹层板的非线性振动

夹层板壳结构由于其优异的力学特性在工程中被广泛使用,但有关其非线性振动特性的研究还不够完善,其精确解答一般很难得到。本文对具有软夹心和极薄表层夹层矩形板的非线性自由振动方程进行简化,并将振型设成时间和空间函数的分离形式,时间函数取谐函数,空间函数未知。将假定的振型函数带入微分方程,得到对边简支梁式夹层板无量纲化的空间模态控制方程。采用修正迭代法和伽辽金法对其进行求解,得到了梁式夹层板振型的一个解析解,以及梁式夹层板非线性振动的振幅和振频的解析关系式,并进一步分析了夹层板剪切参数对非线性振动特性的影响。