基于三维线形坐标系的轨道静态平顺性数据处理方法研究

采用三维线形坐标系统作为轨道静态平顺性评价的坐标基础,研究基于三维线形坐标系的轨道静态平顺性检测数据处理方法,主要包括工程坐标系与三维线形坐标系的转换方法、三维线形坐标系下轨道几何参数偏差计算方法以及基于三维线形坐标偏差的轨向与高低不平顺值计算方法。并通过实例计算,验证了方法精度和可行性。     

罗德里格矩阵在盾构引导系统中的应用研究

空间三维坐标转换是盾构自动引导系统三棱镜模型的关键问题.将罗德里格矩阵用于盾构机姿态参数的计算当中,并用VC 6.0编写了基于三棱镜模型的盾构自动引导系统.解析了自动引导系统的数字模型.该系统在苏州地铁1号线某区间试验中运行稳定、仪器连接设置简单.罗德里格矩阵用于空间三维坐标转换有一定的实用性.     

基于索、杆组合结构的电气化铁路接触网三维静态模型

基于有限元理论,采用二节点非线性索单元与线性杆单元离散接触网系统;根据索、杆的精确表达式推导单元切线矩阵;根据结构拓扑关系组装刚度矩阵和不平衡力矩阵,建立整体非线性平衡方程;利用NewtonRaphson法求解该平衡方程,建立接触网的初始平衡状态三维模型,并在模拟算例中得到线性收敛的计算结果。将计算得到的吊弦长度与现有的文献和软件计算结果对比,验证了本方法和模型的有效性。     

形成空间梁单元局部坐标系的一种新方法

本文提出了一种形成空间梁单元局部坐标系的新方法，此方法改变了传统的为了形成空间梁单元局部坐标系而输入辅助节点坐标值的模式，减少了数据输入工作量，并可相应地提高计算精度。     

接触网三维模型的建立与风偏的非线性求解

本文利用空间梁单元与柔性索单元离散电气化铁路接触网,考虑梁单元变形时的几何非线性,采用动坐标迭代法进行求解,计算平衡状态下的吊弦长度,建立接触网三维力学模型。分别利用流体力学软件和风洞试验计算接触线截面的气动力系数,并将横风载荷施加到此模型中,研究风速、张力等因素对接触线风偏的影响,以及考虑几何非线性在研究接触网较大位移问题时的必要性。研究结果表明:在求解接触网大位移问题时,不考虑梁单元变形产生的几何非线性,会对结果造成一定的误差。本文仿真结果可为接触网防风设计提供有益借鉴,提出的仿真方法可适用于接触网发生较大位移时的精确计算,也为研究更为复杂的接触网三维力学特性提供条件。     

地方独立坐标系与WGS-84坐标系转换方法及应用

根据n(n≥3)个点的地方独立坐标及对应的WGS-84坐标,结合平面坐标转换模型、布尔莎模型和三维坐标差转换模型,完成了地方独立坐标系与WGS-84坐标系转换参数的计算。基于该转换模型,利用Google Earth COM API、LibKML等开发接口,完成了AutoCAD数字地形图数据到Google Earth上的三维表示。     

六四梁单元分析及对六四梁拼组结构强度设计的讨论

本文将六四式军用梁的标准三角和端构架各作为一个单元进行分析，得出单元刚度矩阵及坐标变换矩阵，介绍用六四梁拼组结构刚度矩阵的组集方法。将此方法的计算结果与传统桁架模型的计算结果进行比较，对拼组结构的强度设计理论进行讨论。     

非整平自由设站在轨道快速测量中的应用

为实现轨道的快速测量,基于罗德里格矩阵及轨道控制网(CPⅢ)建立智能型全站仪非整平自由设站的数学模型,给出了站心三维坐标及其精度评定的计算公式。在运营无砟轨道线路的直线、缓和曲线、左偏圆曲线、右偏圆曲线、竖曲线、上坡段、下坡段等不同测试环境下开展试验,通过对获取的124站非整平自由设站数据的解算,得到站心三维坐标和每个坐标分量的中误差以及CPⅢ控制点的坐标残差。数据分析结果表明:该方法能够适用于各种倾斜状态下非整平自由设站的测量数据解算,解算过程快速、稳定;99%以上的CPⅢ控制点坐标分量的残差小于2 mm,并可基于残差进行控制点稳定性分析;站心三维坐标分量的中误差均小于0.7 mm,能够满足高精度轨道测量的应用要求。     

基于纤维梁模型的钢筋混凝土箱梁非线性分析

为了准确模拟钢筋混凝土箱梁的非线性受力性能,采用精细化的三维纤维梁单元模型,基于有限元软件ABAQUS的Standard求解模块,用FORTRAN语言编制了钢筋和混凝土纤维梁单元材料用户子程序,详细介绍了建模过程。以钢筋混凝土简支箱梁为算例,对其进行全过程非线性仿真分析,并与试验结果进行对比,研究配筋率及加载方式对箱梁全过程受力性能的影响。计算结果表明:有限元分析得到的跨中荷载-挠度曲线反映了钢筋混凝土箱梁的受力全过程及破坏形态,且与试验结果吻合良好,验证了本文建模方法的可靠性;配筋率对箱梁的极限承载力影响很大,选择合适的纵筋和箍筋配筋率极为重要;不同加载方式下箱梁的受力性能是有差别的。提出了箱梁全过程受力特性的弯矩-挠度简化计算模型,并与试验结果对比,验证了本文简化计算方法的正确性,为既有桥梁的安全性和可靠度评估提供了简化方法。     

坐标系转换法在线路逐桩坐标计算中的应用

利用Excel电子表格的函数功能进行线路中线逐桩坐标的计算不仅快速精确,而且使用设计方便、灵活直观。本文利用坐标系转换法进行了线路逐桩坐标的计算,通过对平面坐标系的平移和旋转,将线路中桩的坐标转换为测量坐标系下的坐标,从而可以很方便地利用测量控制点进行坐标的放样。     

基于坐标协因数阵的GPS网隧道横向贯通中误差严密计算方法研究

针对GPS网隧道横向贯通误差近似计算方法在理论上的不足,本文根据GPS控制网平差和坐标协因数阵计算隧道横向贯通误差的原理,运用坐标转换方法和协因数传播定律,探讨隧道GPS网验后单位权中误差的计算方法和GPS网点在WGS84坐标系下的空间直角坐标协因数阵转换为隧道独立坐标系下的平面直角坐标协因数阵的方法,推导用于严密计算横向贯通误差的坐标协因数阵公式,实现隧道GPS网洞外横向贯通误差的严密计算,并据此对北天山隧道GPS网的横向贯通误差进行严密计算.     

大旋转角三维直角坐标转换的一种线性模型

对大旋转角三维直角坐标转换,在3个或3个以上公共点时,通过构建辅助公共点,以平移量及旋转矩阵元素为参数组成线性方程,按最小二乘法完成参数计算及坐标转换,适应于任意旋转角的三维直角坐标转换。     

基于熵值法的目标模态最优数目确定新方法

为简化复杂结构模态分析计算的复杂程度,有效区分复杂结构发生全局振动和局部振动变化的模态阶数,提出一种基于熵值法的目标模态数目确定新方法。分析结构的目标模态并提取目标振型;计算基于目标振型的Fisher信息矩阵;根据Fisher信息矩阵计算提取不同阶模态时的信息熵,计算信息熵的突变特征函数从而确定突变点;由信息熵的变化来表征对应Fisher信息矩阵信息量的变化从而得到结构全局振动和局部振动对应的模态阶数。CRH3型动车组转向架构架仿真结果表明,基于熵值法确定的目标模态数目能够准确计算出构架全局振动的模态数目。     

预应力混凝土箱梁桥开裂后的残余承载力分析

为分析开裂预应力混凝土箱形桥梁结构开裂后的残余承载力,以裂缝统计特征参数为基础,用单元退化方式模拟正裂缝,用裂缝间的单向受压杆模拟裂缝间的承压效应,采用空间梁单元和三维杆单元分别模拟梁和预应力筋,以单元降温的方式模拟预加力的效应,形成空间刚架模型模拟斜裂缝。基于开裂后混凝土及预应力钢筋的基本假定,建立开裂后结构的计算方法。按照相似高度、开裂区域截面折减、折减自重补偿的原则将相似裂缝进行合并处理,得到裂缝区域的阶梯型折减刚度模型,提出承载能力折减系数计算方法以体现开裂后结构刚度的变化。经实桥算例验证,本文方法可正确判断静定及超静定预应力混凝土结构开裂后承载力的变化程度。     

利用曲线坐标方程计算线路纵断面标高

针对传统的铁路线路纵断面标高计算需要在竖曲线范围进行近似调整的方法,理论上存在缺陷且精度不高、计算过程繁琐等问题,提出利用曲线坐标方程计算线路纵断面标高的新方法。新方法通过建立独立坐标系,以每两个坡段构成一个竖曲线单元,每个竖曲线建立一个曲线坐标方程式,以相对里程为自变量,计算竖曲线上任意测点的横坐标、纵坐标值,横坐标为线路纵断面里程,纵坐标为标高。通过实例验证,新方法的计算原理和精度均优于传统的近似计算方法。     

变曲率曲梁的单元等效节点荷载分析

研究目的:变曲率曲线梁在工程中得到广泛的应用,对其进行数值分析时,需建立变曲率曲线梁的单元刚度矩阵和节点荷载矩阵。因跨间集中荷载和均布荷载无法直接参与计算,需将其转换为等效节点荷载。本文主要研究目的是获得变曲率曲线梁跨中集中荷载的等效荷载矩阵。在极坐标系下,依据虚功原理,推导出一端固定的悬臂梁在跨间荷载作用下的悬臂端位移,再依据位移等效和内力等效得到曲梁单元一端的等效节点力,进而根据静力平衡条件得到单元另一端的等效节点力与等效节点荷载矩阵。研究结论:以两端固定的曲线梁在跨间集中荷载作用下为例,利用MATLAB编程与ANSYS有限元计算结果进行了对比,算例中竖向位移和扭转角误差较小,两者相差都在5%以内,得到如下结论:(1)等效节点荷载矩阵是正确的,验证了对变曲率曲线梁计算的有效性;(2)等效节点荷载矩阵的元素可用带参数的显函数表达,且所有参数都可直接引用;(3)推导的变曲率曲梁等效节点荷载矩阵可用于含等曲率梁的杆系结构的有限元分析。     

基于人工蜂群算法的桥梁有限元模型局部刚度修正

在保持梁单元模型计算效率优势的前提下,为尽可能提高桥梁结构有限元模型的精度,提出一种基于人工蜂群算法的桥梁结构有限元模型局部刚度修正方法.以某刚构体系斜拉桥塔梁连接处的有限元模拟为例,对塔梁结合局部区域分别建立精细的实体元模型和宏观的梁单元模型.基于实体元模型的自振模态频率和静载响应转角构造目标函数,采用人工蜂群算法对宏观梁单元模型局部刚度参数进行优化和修正.研究结果表明:使用人工蜂群算法修正桥梁有限元模型局部刚度是可靠的,修正后桥梁宏观梁单元模型的静动力学性能更逼近实体元模型;算例中修正后的塔梁结合区域内梁单元刚度增强至修正前的1.09～2.93倍,且塔、梁单元刚度增幅不一.     

斜交箱梁的板梁段有限元法

吸取梁段单元和板梁框架法的思想,将斜交箱梁沿纵向划分为若干斜梁段,依据箱梁结构进一步将斜梁段划分为若干板梁段子单元,在位移分析的基础上,通过正、斜交坐标转换关系,直接建立在斜交坐标系内描述单元空间位移的方法,用势能驻值原理建立其有限单元列式,利用编制的有限元程序PBS进行斜交结构的分析,结果表明该方法具有较高的分析精度。     

C1阶协调平行四边形薄板单元的构造

在板的有限元分析中,假定整体坐标系中的单元边界位移协调条件,即单元边界挠度沿边界方向三次分布,绕边界转角沿边界线性分布。通过常规的等参坐标变换将单元边界位移协调条件从整体坐标系变换到局部坐标系。在局部坐标系中直接根据协调边界位移条件,通过特殊的空间插值方法构造出一种新型的平行四边形协调薄板单元。理论证明,该薄板单元具有完备性和真正的C1阶连续性。从而较好地解决了薄板单元的C1阶连续性难题。数值分析结果表明,平行四边形协调单元的计算结果较非协调单元精确,收敛速度快。     

基于CR列式法对斜拉桥几何非线性分析

铁路提速对线路、桥梁、隧道等土建工程的刚度提出更高的要求,如桥梁的跨度不宜过大,应以中小跨度桥梁为主。但在跨越大江、大河、长大山谷需要采用大跨度斜拉桥时,其所引起的斜拉桥几何非线性因素主要有斜拉索的垂度效应、梁柱(P—Δ)效应、结构大位移效应等。通过CR列式法对斜拉桥结构离散和杆单元、梁单元刚度矩阵以及节点力进行定量计算,并为斜拉桥几何非线性分析提供参考依据。