轨道梁参数对磁浮车-高架桥垂向耦合动力响应的影响研究

建立磁浮车—高架桥垂向耦合模型,运用车—桥垂向耦合程序,分别探讨桥梁刚度和高架桥线路的不平顺对磁浮车—高架桥垂向动力响应的影响,分析结果表明:在相同的轨道梁抗弯刚度下,随着磁浮列车运行速度的增加,桥梁的振动响应增大,但轨道梁刚度大的桥梁振动响应比刚度小的桥梁振动响应增加幅度小一些;在相同车速下,随着轨道梁抗弯刚度的降低,桥梁振动响应增大;车辆重向振动响应在轨道抗弯刚度达3 8612×1010N·m2之前,随轨道梁抗弯刚度的增大而减小,在轨道梁抗弯刚度达3 8612×1010N·m2之后,无明显影响;线路状态对车辆的动力响应有明显影响,较差的线路状态将使高架桥挠度增大,使车体垂向振动加速度明显增大。     

基于车桥耦合的磁浮轨道梁中速适应性研究

研究目的:为探讨25 m跨长沙既有磁浮简支梁桥与梁上承轨简支梁桥两种轨道梁结构的中速适应性,基于有限元原理建立两种磁浮轨道梁的有限元动力分析模型,对其自振特性进行分析;基于多体动力学理论,建立了具有120个自由度的中低速磁浮车辆动力学模型;考虑PID悬浮主动控制下的悬浮控制力,建立了完善的磁浮列车-轨道梁-控制器耦合模型。依据该耦合模型进一步开展了车辆提速后两种不同轨道梁形式下的车桥耦合振动响应研究。研究结论:(1)梁上承轨简支梁桥相对于长沙既有磁浮简支梁桥具有更优的动力学性能;(2) F轨垂向位移、桥梁跨中垂向位移及加速度值相对减小幅度分别约为57. 25%、61. 26%及70. 59%;(3)车体垂向加速度与电磁悬浮力减小幅度最高分别可达25. 53%及10. 93%;(4)本研究结果可供中速磁浮桥梁结构设计参考。     

长定子中低速磁浮轨道动态特性分析

建立了长定子中低速磁浮列车轨道刚柔耦合垂向动力学模型,并采用 Bernoulli—Euler 方法建立磁浮轨道动力学方程,对刚柔耦合振动进行了仿真研究,并对磁浮轨道的基本参数变化时的响应特征进行了分析比较.研究结果表明:磁浮列车轨下弹性体参数模型的选取对磁浮轨道的动态特性具有很大影响,随轨下弹性体刚度的增加,钢轨的最大位移减小,所受的力增加;磁浮列车轨下弹性体的阻尼使波动周期变大,波动频率减小,有效地发挥了减小振动、避免共振、调整高度的作用.     

轨道动力学层状梁模型与算法中的几个问题

研究目的:轨道结构层状梁模型由于模型简单,被广泛应用于轨道动力学及车辆-轨道耦合系统动力学分析中。简化的轨道结构层状梁模型能否反映半无限空间上实际轨道结构的变形规律和动态特性,运用轨道结构层状梁模型得到的车辆和轨道结构动力响应精度如何,这些问题还未见系统研究。本文通过建立车辆-轨道结构层状梁非线性耦合系统动力学模型,构建运用交叉迭代法分别独立求解车辆和轨道结构动力学方程的显示算法,对比分析轨道结构层状梁模型与轨道结构三维块体单元模型的计算结果,以及轨道结构层状梁模型与轨道结构半无限空间模型计算结果的差异,分析轨道结构层状梁模型在车辆-轨道耦合系统动力学分析中的适应性。同时,还对比分析交叉迭代法与传统的耦合方程算法在求解车辆-轨道耦合系统动力响应时的计算效率、计算精度和算法特点。研究结论:(1)采用层状梁轨道模型模拟轨道结构是可行的,计算结果具有良好的精度,能够满足工程问题的分析要求;(2)交叉迭代法相对于传统的耦合方程算法计算效率更高,精度更好,用时更省,程序设计更容易,不仅适用轮轨线性接触分析,而且适用轮轨非线性接触分析;(3)通过引入松弛因子对轮轨接触力进行修正,可加快交叉迭代算法...     

车辆-轨道-桥梁竖直耦合振动程序设计及仿真

为研究轨道交通车辆经过高架桥时的动态特性,以弹性支承块式无砟轨道为例,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了车辆-轨道-桥梁耦合系统的竖向振动矩阵方程,利用MATLAB软件编写了计算程序。数值算例验证了计算程序的可靠性。通过改变系统参数,探索了轨道不平顺、车辆速度和轨道结构竖向刚度对系统竖向振动响应的影响。结果表明:轨道振动频率分布在0~500 Hz范围内,以20 Hz以内的低频振动为主;桥梁振动频率分布在0~200Hz范围内,以一阶竖向弯曲振动为主;轨道不平顺所产生的轮轨高频冲击力可达轴重的3倍,是车辆-轨道-桥梁耦合系统重要激励源之一;轮轨力和轨道加速度响应对车速的变化敏感,车辆-轨道-桥梁耦合系统位移响应对车速的变化不敏感;扣件和支承块胶垫竖向刚度应根据设计要求在40~80 k N/mm之间进行合理匹配取值。     

不同梁单元对车-桥耦合动力响应的影响

研究目的:为研究不同类型梁单元对列车-轨道-简支梁耦合系统动力响应的影响,以12车编组高速列车通过6跨简支梁为例,基于多刚体动力学建立车辆垂向动力学模型,分别采用Euler-Bernoulli梁、Timoshenko梁及Mindlin板单元建立简支梁桥有限元模型,并开展基于三种不同类型梁单元简支梁模型的列车-轨道-桥梁耦合系统动力响应分析。研究结论:(1)在相同参数条件下,三种简支梁模型的自振频率各不相同,其中Euler-Bernoulli梁模型计算得到的简支梁自振频率最高,对应的理论共振车速也最大;(2)运营车速条件下,桥梁加速度响应受梁单元类型的影响显著,基于Euler-Bernoulli梁的简支梁振动加速度最小,基于Timoshenko梁的简支梁振动加速度与基于板单元的箱梁底板中点处的计算结果较为接近,而基于板单元的简支梁由于顶板局部受高频列车荷载激励的影响,因此顶板中点处的加速度最大;三种简支梁模型计算的首、末节车体加速度吻合良好;(3)共振车速条件下,Euler-Bernoulli梁模型和Timoshenko梁模型计算的桥梁加速度和位移吻合较好,但整体上大于板单元模型箱梁腹板及底板的计算结果,且Euler-Bernoulli梁模型和Timoshenko梁模型计算的末节车体加速度在振动形态上与板单元模型计算结果存在较大差异;同时,末节车辆由于受桥梁共振效应的影响显著,其车体加速度明显大于首节车辆;(4)本研究成果可为列车-轨道-桥梁耦合振动研究中桥梁数值模型的选择提供参考。     

车辆作用下板式轨道动力分析模型及验证

基于车辆-轨道耦合动力学理论;采用多刚体动力学理论建立车辆系统动力学方程;以梁-板-板有限元模型模拟板式轨道;通过轮轨关系将车辆系统和板式轨道系统联系在一起;建立车辆-板式轨道耦合动力学模型。采用德国高速低干扰谱作为轮轨激励进行板式轨道动力学仿真分析。车辆参数按200 km/h动车组选取;轨道参数参照遂渝线板式轨道结构选取;计算多种车辆运行速度下板式轨道的动力响应;并与遂渝线无砟轨道综合试验段动力学测试结果对比。仿真计算结果与试验数据吻合较好,表明该模型正确可靠,可用于研究车辆荷载作用下板式轨道的动力学问题。     

EMS磁浮列车-轨道垂向耦合动力学研究

建立了ＥＭＳ磁浮列车－轨道垂向耦合动力学模型及方程，编制了系统动力学仿真程序，对于磁浮列车在单跨简支柔性轨道模型下的车－轨耦合振动进行了系统仿真，并对基本车轨参数变化时的响应特征进行了分析比较。     

横风作用时间对高速客车直线运行安全性的影响

基于车辆/轨道耦合动力学原理,建立了横风作用下的车辆/轨道耦合动力学模型。模型中,车辆系统采用两系悬挂共35个自由度的多刚体动力学模型。轨道系统采用3层连续弹性离散点支承模型。用赫兹接触理论计算轮轨法向力,用沈氏理论计算轮轨滚动接触蠕滑力,并用显式积分法求解系统运动方程。横风由作用在车体中心的气动升力、侧力和倾覆力矩来模拟。通过数值计算,得到了横风作用下高速客车直线运行的系统动态响应,分析了不同横风作用时间对运行安全性的影响。结果显示,随着横风作用时间的增长,车辆脱轨系数、轮重减载率乃至倾覆系数迅速增大,车辆运行安全性不断降低。     

磁悬浮车轨耦合控制系统的非线性振动特性分析

针对主动控制的磁悬浮车辆轨道耦合系统,从非线性特性角度出发,研究静止悬浮条件下控制参数、轨道参数与磁悬浮车轨耦合系统振动特性的相互关系.首先建立弹性轨道和刚性悬浮电磁铁运动学模型,采用串级控制算法建立悬浮控制系统模型,从而得到磁悬浮车轨耦合非线性模型;然后利用谐波平衡法,分析车辆-轨道1:1共振特性,计算得到-阶振动的幅频特性方程;由于幅频特性方程阶数较高,利用数值计算方法得到3组控制参数,分别给出其仿真结果,说明轨道和控制参数对系统振动的关键影响.结论可供轨道加工和悬浮控制系统设计时参考.     

大跨度钢桥板式无砟轨道的动力性能研究

以金沙江公铁大桥为例,建立车辆-轨道-桥梁系统耦合动力学计算模型,采用通用大型有限元动力学分析软件,对车辆、轨道结构和桥梁动力特性进行计算及分析。提出车辆、轨道结构和垂向加速度主要受轨道不平顺影响,受桥梁结构影响较小,桥梁结构主要影响车辆和轨道结构的垂向位移,跨中处的车辆和轨道结构的垂向位移最大等结论。     

车辆-轨道系统激振源随机分析

简述轨道不平顺的时-空随机特性和时-空随机样本的概率计算及反演方法 ,基于弹性系统动力学总势能不变值原理、形成矩阵的"对号入座"法则以及车辆-轨道耦合动力学理论,建立适合不同激振源的车辆-轨道系统动力计算模型。通过车辆-轨道系统激振源随机分析,论证系统激振源与系统随机响应之间的概率转换关系;采用激振源时-空随机分析方法,可以获取系统在不同概率水平下的振动响应;将构架蛇形波作为车轨系统横向激振源计算系统响应极值具有一定的可行性。     

横风作用下公路车辆与桥梁静气动力的数值模拟研究

横风作用下的风—车—桥耦合系统的振动分析需要准确识别车辆和桥梁气动参数。基于CFD数值仿真平台分别建立了桥梁单体模型和车桥耦合体系模型,计算分析了高低紊流度风场中不同风攻角下车辆和桥梁的静气动力,分析研究了静止车辆对桥梁静气动力的影响、风攻角对车辆静气动力的影响以及风场的紊流性对车桥静气动力的影响。计算结果表明:由于车辆的干扰,不同风攻角下的桥梁静气动力普遍增大;风攻角对车辆静气动力系数影响比较大;紊流特性对车辆静气动力系数有一定影响,对桥梁静气动力系数影响不大。     

基于车轨耦合的弹性地基梁板模型及算法

板式无砟轨道具有变形小、稳定性好的优点,在我国铁路客运专线上应用广泛。国内外学者在建立车辆、轨道以及车辆-轨道耦合系统模型及算法方面已做了许多工作。然而,已有的模型与实际情况尚有差异,有待进一步完善。根据板式无砟轨道的结构特点,采用板单元模拟轨下结构,建立了车辆-板式轨道耦合系统动力分析模型及算法,推导了板式轨道模型单元的刚度、质量以及阻尼矩阵;考虑轮轨非线性接触行为,引入交叉迭代法求解车辆-轨道耦合系统动力学方程;仿真分析了线路随机不平顺工况下,CRH3型动车通过CRTSⅡ型板式无砟轨道时,车辆和轨道结构的动力响应。该模型与算法比已有模型更接近实际,计算结果更准确可靠。     

风力作用下悬挂式单轨车辆-桥梁 系统耦合振动仿真研究

悬挂式单轨交通系统主梁通常为下开口钢箱梁,结构刚度小,车辆在风力作用下易发生横向摆动,从而 影响结构安全性和乘车舒适性。以某旅游专线项目 30 m 跨度简支段为工程背景,进行不同风速和不同车速下的 动力响应仿真分析。采用有限元软件建立桥梁模型,采用多体系动力学软件建立车辆和轨道模型,将车辆、轨道 系统和桥梁系统作为一个完整的系统进行联合仿真计算。采用 CFD 软件计算桥梁和列车的静力三分力系数和风 荷载,并将静风力叠加到模型中形成风-车-桥耦合振动模型。计算结果表明,桥梁的横向动位移和竖向动位移随 风速的增大而增大,横向位移变化更加明显,但随车速的增大,动位移变化不明显;车辆的平稳性随风速和车速 增大而逐渐降低,车辆的横向平稳性对平均风更加敏感;所有工况中,车辆的竖向和横向 Sperling 系数最大值分 别为 2.49 和 2.62,表明运行车辆具有良好的平稳性。基于通用有限元软件和多体动力学软件进行风车桥耦合动力 分析的联合仿真方法是可靠高效的;研究成果可为悬挂式单轨交通系统的抗风设计与应用提供参考。     

基于分离迭代和耦合时变的列车—轨道—桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

为提高列车—轨道—桥梁耦合系统动力分析的计算效率,基于耦合时变法及分离迭代法,提出了1种混合算法。该算法将列车—轨道—桥梁耦合系统分解为车辆—轨道子系统和桥梁子系统。其中,车辆—轨道子系统在每一时间步需根据车辆位置对系统刚度系数矩阵进行更新,具有时变的特性;桥梁子系统的系统动力系数矩阵在整个动力分析过程中保持不变;车辆—轨道子系统与桥梁子系统通过钢轨与桥梁间作用力的平衡迭代实现耦合。利用朔黄重载铁路32m简支梁桥现场试验数据与由混合算法计算得到的分析结果进行对比,验证了混合算法的可行性。采用耦合时变法和混合算法分别计算列车通过蒙华重载铁路黄河龙门大桥的动力响应,结果表明:采用相同的时间积分步长时,2种方法拥有相同的计算精度,但混合算法比耦合时变法具有更高的计算效率,求解耗时降低了75%。     

基于格林函数法的车辆—轨道垂向耦合系统随机振动分析

视钢轨为弹性欧拉梁(Euler梁),建立离散支撑弹性轨道模型,并采用格林函数法得到全频域范围内轨道上任意点处的频率响应;结合高速车辆模型,视车辆和轨道系统为线性弹簧阻尼系统,轮轨接触为线性刚性接触,采用基于虚拟激励法的轮轨接触多点激励,以真实轨道谱为输入,计算车辆—轨道垂向耦合系统的随机振动响应,并分析不同高速轨道谱和车速对车辆—轨道垂向耦合系统随机振动的影响。结果表明:采用格林函数法可快速求解无限长离散支撑弹性轨道模型的频响特性;分析振动频率在15 Hz以上的车体及构架振动时,采用离散支撑弹性轨道模型较传统的刚性轨道模型更为准确;计算车辆—轨道垂向耦合系统的振动能量时,在15~60Hz的中频区域内,采用离散支撑弹性轨道模型得到的计算结果要高于传统的刚性轨道模型,而在高频区域内则相反;车辆—轨道垂向耦合系统的随机振动响应对轨道谱类型和车速均较为敏感。     

铁路桥上减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道振动响应及车辆平稳性分析

为了研究桥上减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道对车体系统和轨道系统振动影响,分析车辆的平稳性指标,基于车辆、轨道系统二维模型,利用动柔度法分别计算车辆、轨道系统的动柔度,建立频率域的车辆-轨道-桥梁耦合模型;计算车辆及轨道系统的振动加速度并分析其规律,计算不同轨道系统下车辆的平顺性指标。研究结果表明:与常规CRTS-Ⅲ型轨道相比,采用橡胶减振垫刚度为0.018 N/m3的减振轨道系统下峰值轮轨力减小,车轮、转向架振动加速度分别降低13.6%和52.6%,车体在1～20Hz范围内振动变化不大;钢轨、轨道板的振动加速度增大1.69和2.68倍,桥梁的振动加速度减少69.9%;车辆的平顺性指标分别为2.70和2.61,车辆平稳性指标降低4%。与常规CRTS-Ⅲ型无砟轨道相比,减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道下车辆系统各构件的振动加速度有不同程度的降低,轨道系统中,钢轨和轨道的振动加速度增大,桥梁振动加速度降低。车辆的平稳性指标降低,乘客的舒适性有一定程度提高。     

武广客运专线瓦屋特大桥减振型无砟轨道设计与研究

武广客运专线瓦屋特大桥设计采用了减振型单元板式无砟轨道结构。为分析其减振工作性能,本文采用车线桥耦合振动理论,分别建立了车辆、减振型板式无砟轨道和桥梁动力学模型及其运动方程,将车辆、轨道和桥梁分为2个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统,采用迭代法求解这2个子系统,用自编的车线桥耦合振动程序对减振型无砟轨道的车线桥耦合振动进行了分析,并与减振前计算结果进行了对比。     

悬挂式单轨列车通过曲线段的动力性能

基于多体动力学理论和模态叠加法建立了悬挂式单轨交通系统车桥耦合动力学模型,分析了轨道梁布置方式、曲线半径和跨度对车桥动力响应的影响。分析结果表明:列车通过单线桥曲线段时,不同轨道梁布置方式对车桥动力响应影响显著,单线桥曲线段轨道梁布置在曲线内侧可同时降低车辆和桥梁结构的横向位移;轨道梁跨中横向位移随跨度和曲线半径增大而增大,导向轮径向力可抑制轨道梁因受车辆重力作用产生的横向变形;为减小车辆与桥梁结构的横向位移,悬挂式单轨交通系统小半径曲线段桥梁跨度宜为15 m。