列車橋梁耦合系統(tǒng)非線性隨機(jī)振動(dòng)分析

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當(dāng)車輛以一定速度通過(guò)橋梁時(shí),使橋產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊等動(dòng)力效應(yīng)。而橋梁的振動(dòng)又反過(guò)來(lái)影響車輛的振動(dòng)。這種相互作用、相互影響的問(wèn)題,就是車輛與橋梁之間的振動(dòng)耦合問(wèn)題。為了準(zhǔn)確分析車橋之間的相互作用,通過(guò)建立車輪加彈簧—阻尼器—簧上質(zhì)量簡(jiǎn)支梁的動(dòng)力分析模型,模擬車輛變速過(guò)橋,根據(jù)模態(tài)綜合法給出了車橋系統(tǒng)動(dòng)力平衡方程。

大跨度鐵路斜拉橋在車輛通過(guò)時(shí),可能發(fā)生較大的變形,致使結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)變得顯著。針對(duì)大跨度斜拉橋的幾何非線性特征及鐵路橋的特點(diǎn),建立了結(jié)構(gòu)空間動(dòng)力分析模型。以廣西紅水河鐵路斜拉橋和主跨300米雙線鐵路斜拉橋方案為例,模擬機(jī)車過(guò)橋的全過(guò)程,計(jì)算了斜拉橋的車橋耦合振動(dòng)響應(yīng),分析了各種因素對(duì)橋梁動(dòng)力響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,對(duì)于大跨度鐵路斜拉橋,非線性分析結(jié)果與線性分析結(jié)果相比,具有明顯差別。在大跨度鐵路斜拉橋車橋耦合振動(dòng)分析中,考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)是必要的。

分別應(yīng)用廣義虛功原理和有限元法建立車輛和橋梁的振動(dòng)方程,根據(jù)車-橋兩系統(tǒng)之間隨時(shí)間變化的接觸點(diǎn)滿足接觸力和位移的協(xié)調(diào)條件,應(yīng)用通用結(jié)構(gòu)分析軟件ansys建立車橋耦合振動(dòng)響應(yīng)的有限元迭代分析模型,并進(jìn)行數(shù)值求解。以一座公路曲線梁橋?yàn)槔?分別進(jìn)行了不同車速和是否計(jì)入離心力、橋面不平整度等條件下的車橋耦合振動(dòng)響應(yīng)分析。結(jié)果表明:離心力對(duì)橋梁豎向動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響不大,但使橋梁扭轉(zhuǎn)角動(dòng)態(tài)響應(yīng)加劇;隨著車輛速度的增加,振動(dòng)響應(yīng)波動(dòng)的幅值越來(lái)越大,頻率越來(lái)越低,周期變長(zhǎng);橋面不平整度對(duì)橋梁的車橋耦合振動(dòng)影響很大,分析中應(yīng)予以考慮。

采用虛功原理、有限張量和矢量代數(shù)法計(jì)算雙橫臂扭桿懸架的剛度,應(yīng)用adams軟件驗(yàn)證數(shù)學(xué)方法計(jì)算的可行性?；陔S機(jī)振動(dòng)的方法分析輪胎動(dòng)載荷、懸架動(dòng)行程和舒適性3個(gè)性能指標(biāo),對(duì)扭桿設(shè)計(jì)的基本參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,減小實(shí)際行車中的懸架位移和撞擊限位塊頻率,測(cè)試效果明顯,為總布置設(shè)計(jì)提供精確的設(shè)計(jì)參數(shù)。

以高速受電弓為研究對(duì)象,將一種疲勞壽命分析方法運(yùn)用到受電弓系統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析評(píng)估中.首先利用hypermesh建立受電弓的有限元模型,基于頻域法采用iec613732010標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的加速度譜密度作為激勵(lì),根據(jù)steinberg提出的高斯分布和miner疲勞損傷累計(jì)理論,評(píng)估隨機(jī)振動(dòng)載荷作用下高速受電弓的疲勞強(qiáng)度.分析結(jié)果表明,高速動(dòng)車組受電弓結(jié)構(gòu)滿足在隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境下疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求,為受電弓結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命分析提供一種有效的計(jì)算方法.

在概率密度演化理論的框架下,發(fā)展了基于概率空間剖分的多維空間選點(diǎn)方法。引入點(diǎn)集voronoi域內(nèi)的概率作為點(diǎn)集的賦得概率,對(duì)點(diǎn)集的f-偏差進(jìn)行了以賦得概率替代均勻概率的修正。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行誤差估計(jì),提出了以點(diǎn)集的修正f-偏差、一階偏差和二階偏差均盡可能小為準(zhǔn)則的點(diǎn)集選取方法——兩步選點(diǎn)法。分析實(shí)例表明,基于概率空間剖分的選點(diǎn)方法具有較高的精度和效率。文中最后指出需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

自錨式懸索橋主梁撓度非線性隨機(jī)靜力分析——采用響應(yīng)面法對(duì)自錨式懸索橋主梁主跨中點(diǎn)撓度進(jìn)行非線性隨機(jī)靜力分析，考察自錨式懸索橋主跨中點(diǎn)撓度隨結(jié)構(gòu)材料、幾何尺寸及外荷載等不確定性因素的變異而發(fā)生變化的規(guī)律，有限元分析模型中考慮了主纜幾何非線性及主...

隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)功率譜密度的分析

移動(dòng)荷載作用下橋梁的車橋耦合振動(dòng)分析——文章基于euler-bernoulli梁理論，推導(dǎo)了車橋耦合相互作用的動(dòng)力方程，得出了考慮車一橋相互作用時(shí)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣以及剛度矩陣。以ansys為平臺(tái)，采用apdl語(yǔ)言編制了相關(guān)程序，對(duì)其進(jìn)行仿真計(jì)算。結(jié)果表明，文章的...

將曲線通過(guò)車輛和曲線連續(xù)梁橋分為兩個(gè)由非線性輪軌接觸力聯(lián)系的振動(dòng)子系統(tǒng)。運(yùn)用車橋耦合振動(dòng)理論,建立鐵路車輛曲線通過(guò)模型動(dòng)力方程、曲線梁橋模型及其動(dòng)力方程?；诩?lì)非線性振動(dòng)的數(shù)值算法,編制曲線梁橋車橋耦合振動(dòng)分析軟件vcbid,進(jìn)行一座鐵路曲線連續(xù)梁橋車橋耦合振動(dòng)響應(yīng)分析。結(jié)果表明:行駛速度對(duì)曲線連續(xù)梁橋豎向振幅的影響較大,但曲線連續(xù)梁橋的豎向振幅并不總是隨行駛速度的增加而增加;曲線連續(xù)梁橋的橫向位移隨行駛速度的增大而增大,大致呈線性關(guān)系;車輛的橫向加速度、豎向加速度、脫軌系數(shù)和輪重減輕率均隨車輛行駛速度的增加而增加,且均滿足我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的要求。

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橋梁墩臺(tái)不均勻沉降時(shí)的車橋垂向系統(tǒng)耦合振動(dòng)分析——運(yùn)用自編車一線一橋垂向耦合振動(dòng)分析程序，分析車輛通過(guò)橋梁時(shí)列車和橋梁的動(dòng)力響應(yīng)，研究橋梁墩臺(tái)發(fā)生不均勻沉降對(duì)車、橋垂向系統(tǒng)耦合振動(dòng)的影響。研究表明：貨物列車通過(guò)時(shí)，在橋梁墩臺(tái)不均勻沉降單一因素...

針對(duì)工程結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)理論在工程抗震中應(yīng)用的研究進(jìn)展進(jìn)行了較詳盡的介紹,對(duì)地震的隨機(jī)性以及地震引起地面運(yùn)動(dòng)的模擬進(jìn)行了分析,介紹了地震反應(yīng)的隨機(jī)振動(dòng)方法,對(duì)虛擬激勵(lì)法和概率密度演化理論進(jìn)行了對(duì)比分析。

為了更加準(zhǔn)確地對(duì)乘車舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià),建立了乘客-車輛-橋梁系統(tǒng)耦合振動(dòng)分析模型,通過(guò)拉格朗日方程推導(dǎo)了系統(tǒng)的動(dòng)力微分方程,newmark積分進(jìn)行迭代計(jì)算,采用fortran語(yǔ)言編程進(jìn)行求解,分別計(jì)算了橋梁、車輛及乘客的振動(dòng)響應(yīng),并與通常的車輛-橋梁耦合振動(dòng)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.結(jié)果表明:是否考慮乘客模型對(duì)于橋梁的位移影響比較有限,但是對(duì)于車輛的振動(dòng)狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生明顯影響,且車輛與乘客的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)存在明顯差異,因此采用車輛的振動(dòng)響應(yīng)對(duì)乘車舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法可能會(huì)過(guò)高地估計(jì)乘客的舒適性.

以無(wú)限長(zhǎng)kelvin地基上的kirchhoff板模擬路面支撐體系,將1/2車輛模型與受振建筑耦合進(jìn)統(tǒng)一的有限元數(shù)值模型.視無(wú)限長(zhǎng)路面為周期性鏈?zhǔn)阶咏Y(jié)構(gòu),通過(guò)證明有阻尼鏈?zhǔn)阶咏Y(jié)構(gòu)的辛正交特性,建立一個(gè)典型路面子結(jié)構(gòu)模型.應(yīng)用垂向耦合隨機(jī)振動(dòng)的二維移動(dòng)單元格式,在頻域內(nèi)基于虛擬激勵(lì)法進(jìn)行數(shù)值求解,分析了振源-支撐體系-受振結(jié)構(gòu)統(tǒng)一模型下的垂向動(dòng)力學(xué)響應(yīng).數(shù)值算例表明:車輛誘發(fā)的隨機(jī)振動(dòng)給鄰近建筑帶來(lái)顯著的加速度響應(yīng),避免了人工邊界的截?cái)嗾`差,數(shù)值方法對(duì)復(fù)雜隨機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)有較高的計(jì)算效率和精度.

本文采用3-d全車模型和模態(tài)坐標(biāo)法,以路面豎向不平順為激勵(lì)源,建立車-橋耦合振動(dòng)微分方程,用runge-kutta法求解,據(jù)此思路用matlab編制車-橋耦合振動(dòng)的計(jì)算程序,并進(jìn)行了frp橋面板鋼梁橋的振動(dòng)分析,模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比符合較好,表明該方法正確有效,可用于分析各種車橋耦合振動(dòng)問(wèn)題。

工程結(jié)構(gòu)中,復(fù)合材料的幾何參數(shù)往往具有隨機(jī)性質(zhì),如何研究隨機(jī)參數(shù)非線性系統(tǒng)的隨機(jī)響應(yīng)及統(tǒng)計(jì)特性,這對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)有著非常重要的意義。本文應(yīng)用攝動(dòng)法和隨機(jī)中心差分法,建立了復(fù)合材料非線性系統(tǒng)的振動(dòng)方程和計(jì)算模型,研究了復(fù)合材料層合板具有隨機(jī)參數(shù)的非線性系統(tǒng)在確定性荷載下的隨機(jī)響應(yīng),數(shù)值算例說(shuō)明了本算法的正確性。

大跨度提籃拱橋車橋耦合振動(dòng)分析——大跨度提籃拱橋車橋耦合振動(dòng)分析目前國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)橋梁設(shè)計(jì)關(guān)于橋梁剛度限值的規(guī)定只適用于單跨和多跨簡(jiǎn)支梁等小跨度常規(guī)橋梁,特殊結(jié)構(gòu)橋梁都超出了目前我國(guó)各種規(guī)范和暫規(guī)所能涵蓋的范圍。提出了列車、大跨度提籃拱橋空間...

使用鉛芯橡膠支座(lrb)作為隔震設(shè)備,分析了一個(gè)典型3跨連續(xù)梁橋在4種地震作用下的系統(tǒng)響應(yīng)。采用bouc-wen模型模擬lrb的力變形非線性行為,使用有限單元方法建立系統(tǒng)剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣,使用龍格庫(kù)塔法求解非線性方程。研究的重要參數(shù)包括橋墩的剛度、支座的屈服強(qiáng)度及屈服后周期,評(píng)價(jià)的主要依據(jù)是主梁振動(dòng)加速度、橋墩支座位移、橋臺(tái)支座位移及橋墩底部剪力和彎矩。結(jié)果表明:橋墩剛度對(duì)地震響應(yīng)的隔震效果有很大的影響,隨著橋墩剛度的減小,隔震效果降低,而lrb對(duì)橋墩剛度較大的橋梁有很好的隔震效果;lrb的屈服強(qiáng)度和屈服后周期均對(duì)隔震效果有一定的影響,不同的地震激勵(lì)對(duì)系統(tǒng)的影響不同,對(duì)某種地震激勵(lì),存在一個(gè)最優(yōu)的lrb屈服強(qiáng)度。

葉輪機(jī)械的葉輪系統(tǒng)是典型的非線性多振子系統(tǒng),其各組件的振動(dòng)均具有耦合性包括葉片流固耦合。利用表征非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)隨機(jī)性的關(guān)聯(lián)維對(duì)風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行下5個(gè)工況的葉輪軸向振動(dòng)信號(hào)和葉輪出口氣動(dòng)信號(hào)量化結(jié)果發(fā)現(xiàn):二者信號(hào)關(guān)聯(lián)維曲線的走向一致,即雙方信號(hào)整體結(jié)構(gòu)變化具有一致性、互體現(xiàn)性。證明了利用葉輪機(jī)械的耦合振動(dòng)信號(hào)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有可行性。但用同樣的方法分析發(fā)現(xiàn):風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)(非穩(wěn)定工況)的五段信號(hào)不具備這樣的特性。

為了評(píng)估高速鐵路上多線鐵路橋梁列車運(yùn)行安全性與舒適性,以渝黔鐵路白沙沱大橋?yàn)槔?采用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件simpack建立了crh3動(dòng)車和拖車三維空間動(dòng)力學(xué)模型,并通過(guò)simpack的子結(jié)構(gòu)技術(shù)將動(dòng)車和拖車組裝成列車動(dòng)力學(xué)模型;采用有限元軟件ansys建立了橋梁的動(dòng)力分析模型,計(jì)算其自振特性.根據(jù)列車和橋梁子系統(tǒng)之間的變形協(xié)調(diào)條件和力平衡條件,在輪軌接觸面的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行位移和力的數(shù)據(jù)傳遞,基于simpack與ansys相結(jié)合的聯(lián)合仿真方法首次進(jìn)行多線車橋耦合振動(dòng)仿真,分析了橋梁動(dòng)力學(xué)指標(biāo)及列車安全性指標(biāo)和舒適性指標(biāo),探索了多線車橋耦合振動(dòng)的一般規(guī)律和對(duì)列車安全性與舒適性的影響程度.研究結(jié)果表明:(1)三線列車共同作用下,與單線單獨(dú)行車時(shí)對(duì)應(yīng)動(dòng)車和拖車的車輛安全性指標(biāo)(脫軌系數(shù)、輪重減載率及輪軌橫向力)幾乎完全一致;車輛舒適性指標(biāo)(車體豎向加速度、車體橫向加速度、豎向舒適度指標(biāo)及橫向舒適度指標(biāo))中除個(gè)別豎向加速度約10%外,其余指標(biāo)都在1%以內(nèi),表明由于橋梁剛度較大,橋梁振動(dòng)對(duì)列車動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的影響很小,單線和多線對(duì)應(yīng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)非常接近,可近似采用單線單獨(dú)行車時(shí)車輛動(dòng)力學(xué)指標(biāo)推測(cè)多線同時(shí)行車的對(duì)應(yīng)指標(biāo).(2)三線列車共同作用下橋梁主跨跨中豎向位移比單線疊加位移略大,相差1%以內(nèi),豎向位移影響系數(shù)在1.001~1.006之間;三線列車共同作用下橋梁主跨跨中橫向位移與單線代數(shù)疊加位移相近,相差±10%以內(nèi),主跨跨中橫向位移影響系數(shù)在1.000左右,可以近似采用單線疊加的豎向位移和橫向位移推測(cè)三線列車共同作用下的豎向位移和橫向位移.(3)三線列車共同作用下橋梁主跨跨中豎向加速度絕對(duì)值比單線代數(shù)疊加后的絕對(duì)值小,影響系數(shù)在0.636~0.771之間,可參照單線代數(shù)疊加的橋梁豎向加速度保守評(píng)定橋梁的豎向加速度;三線列車共同作用下的主跨跨中橫向加速度絕對(duì)值比單線行車橫向加速度絕對(duì)值中的最大值小,可參照單線橫向加速度絕對(duì)值的最大值保守評(píng)定橋梁橫向加速度.