局部应变法敞车侧板模态测试及结构改进

通过某车体侧板结构的模态试验,基于局部应变法测定了侧板的固有频率和振型,通过两种试验结果的相互验证,表明在23.389 Hz频率下,车体侧板的两端,出现了局部二阶振型,局部应变明显增加,在接近该频率的激扰下,存在共振带.通过改进侧板结构刚度,对改进后的新结构按相同的试验方法进行了测试和分析,局部应变明显减小,共振现象消失,证明新设计的侧板结构更合理有效.     

地铁B型车车体静强度及模态计算

应用有限元方法及ANSYS软件建立了地铁车辆车体结构有限元分析模型,根据地铁车辆受力分析和危险程度,选择拖车(头车)作为计算、分析对象,确定了有限元模型的计算载荷、常见计算工况和评定标准,计算了车体在整备状态下的车体静强度,分析了整备状态和超常状态下的固有频率和振型。结果表明,地铁车体静强度在常见计算工况下皆能满足相关标准的要求,车体一阶扭转和一阶垂向弯曲自振频率偏低,一般要求车体在整备状态下的自振一阶垂弯频率应大于10 Hz,以避开转向架的点头频率;减小结构质量的同时增大结构刚度,在满足车体强度要求下,可以实现以降低次要的振型频率来提高主要的振型频率的目的,并可进一步地减轻车体质量。     

高速列车车体局部结构减振阻尼措施试验研究

为探究两种新型阻尼材料(阻尼浆/阻尼片)对车体局部的隔振性能,并用于解决某动车组车体局部异常振动问题.分别对四个车体局部使用三种方案(无阻尼方案、阻尼片方案和阻尼浆方案)进行试验,利用台架试验对测试结果进行时域和频域的对比分析.结果表明:两种阻尼材料都能大幅度减小自由衰减振动的幅值和周期,其中阻尼浆方案对车体地板衰减效果较好,而阻尼片方案对侧墙和受电弓盖板衰减效果较好.在5~80Hz频段内,阻尼浆地板隔振频带宽,模态阻尼比大,能有效避免列车在运行中车体局部结构与各子系统模态频率发生耦合共振,而贴阻尼片的中部侧墙和受电弓盖板也是如此.相比阻尼浆,阻尼片安全性高,安装工艺简单,在保证结构可靠性的前提下进一步降低了车体的质量,具有良好的应用前景.     

CRH2G高速列车车体振动性能分析

对新型高寒抗风沙动车组CRH2G七车车体,利用ANSYS软件进行建模和仿真计算,获取车体前4阶整车模态参数,并与运行模态试验测试结果作对比,验证了有限元模型的正确性.根据模态仿真分析结果,得到车体振动频率和振型等固有参数,同时也验证了CRH2G型车体最重要的一阶垂向弯曲振型对应的固有频率大于10 Hz,符合设计标准要求,为车体振动性能改进及优化设计提供参考依据.     

基于欧拉梁假定的柔性多体动力学车桥耦合振动分析模型

基于柔性多体动力学理论建立了能够考虑车体柔性的车辆模型，在模型中，将车体简化为一根长度为车体长度的欧拉梁，利用自由边界欧拉梁的弹性振型代替车辆的弹性振型，此时车体的运动等于车体的刚性运动叠加自由边界欧拉梁弹性振型的广义运动．研究表明：考虑车体柔性时，车体的动力响应增大，且在轨道不平顺及桥梁激励下，车体加速度在某些车速点会产生共振；车体刚度并非越大越好，在一定的速度等级下，车体刚度较大时的车辆动力响应反而更为剧烈；车体柔性对桥梁动力响应、轮轨横向力、脱轨系数和轮对减栽率影响很小．     

纵向冲击下高速列车车体承载极限数值模拟

进行了高速列车车体6005A-T6、6082A-T6铝合金的静态拉伸和动态压缩试验,识别了0.001~2 500 s-1应变率范围内2种铝合金的材料应变率效应,建立了对应的Johnson-Cook本构模型;构建了高速列车典型车辆的显式动力分析模型,完成了刚性墙冲击车体过程仿真,研究了车钩稳态载荷、冲击速度、加载方式对车体承载极限的影响;分析了高速列车一号车和二号车车体在冲击载荷下的变形演化,通过应力变化临界点确定了车体的承载极限,并对列车在更高能量配置模式下的车体承载性能进行了验证。研究结果表明:在0.001~2 500 s-1应变率范围内,6005A-T6和6082A-T6铝合金应变率敏感系数分别为2.9×10-3和8.5×10-3,应变率效应不明显;纵向动态冲击载荷下,应变率强化对铝合金车体结构承载力影响不明显,惯性效应是其承载能力高于静态极限的主要原因;纵向冲击载荷从车钩位置传递时,一号车和二号车车体的动态承载力水平显著高于车体许用静态压缩载荷;冲击载荷下的车体结构承载力可为高速列车碰撞各界面能量分布问题中吸能元件平台力取值提供上界;可适当考虑提高车体许用压缩载荷以扩大列车端部吸能部件力学参数设计域,以满足更苛刻需求下的列车被动安全性能。      

不锈钢点焊车体结构稳定性分析及局部焊点布局优化

为研究不锈钢点焊车体结构的失稳性问题,首先创建某不锈钢点焊地铁车车体结构有限元模型;在EN12663-2010标准提供的压缩载荷作用下,对车体结构进行稳定性分析,指出车体发生屈曲失稳的部位;然后,对车体失稳部位进行局部结构改进并利用子结构技术和变密度法对车体局部焊点进行布局优化;最后,基于焊点优化结果更新车体模型中的焊点布置,并重新进行稳定性分析,结果表明:车体失稳部位的屈曲因子大于1.5.     

铰接式高速客车车体有限元分析及应用

建立了铰接式高速客车车体结构有限元计算模型，对该车体进行了静态强度、刚度和固有频率及振型计算，并对车体的结构形式及合理性进行了分析，为改进设计提供了有价值的理论依据。     

独柱双层高架桥墩柱振动台试验研究-I: 结构动力特性

对独柱双层高架桥墩模型进行了振动台试验,测试和分析了结构水平向动力特性,结果表明:独柱双层高架桥在纵向和横向的对应阶振型形状相似、振型顺序相同;仅取基本振型不足以表征结构主要动力特性;结构高阶振型频率对墩身中上部集中质量的变化较为敏感;墩柱截面开裂会明显降低结构自振频率、增大振型阻尼比,但对结构振型形状和振型顺序影响不大;在偏低的激励强度和振型幅值条件下进行动力特性测试,结构经历强震后的真实损伤状况无法得到准确反映.     

动车组车体车门设计及模态性能改进

车体模态频率是影响车体性能的重要动力学参数,车体模态计算和分析是设计过程中的重要内容.建立了城际动车组铝合金车体有限单元模型,用有限单元法计算了车体模态,分析了车门位置、车门高度、车门宽度、中间车门与窗口之间的距离对车体模态频率的影响.研究表明:车门位置、高度均对车体模态有较大影响,两端车门向车体两端移动可以提高车体一阶垂弯模态频率,降低中间车门高度可以明显提高车体一阶扭转模态频率.通过重新布置车门位置、修改车门尺寸及门框结构,在保证车体重量不变的情况下使车体模态频率得到了较大提高.     

铁路货车车体线路动态响应仿真与验证

针对大系统仿真分析方法与试验结果出现偏差问题,基于实际线路测试数据,以车体子系统为仿真对象,辅助于模拟台架的试验数据,建立了26个自由度的多体仿真模型,实现了车体线路动态响应的仿真计算. 结果表明:摇枕垂、横向加速度响应结果仿真与试验RMS （root mean square）误差最大值为9%. 在1.5～15.0 Hz主要频率段,车体枕梁垂、横向振动加速度的试验结果和仿真结果的RMS误差低于8.57%,车体关键焊缝仿真与试验的动应力响应波形基本一致. 通过与试验结果的对比验证,仿真结果基本反映了车体在实际线路运行时的动态响应情况.      

铁路重载货车轮对弹性振动及其动态影响

为研究轮对弹性振动特性及其对重载货车动力学性能的影响，以30 t轴重重载货车为研究对象，对轮对刚、柔建模时的整车运动稳定性、曲线通过性能等进行了对比研究. 首先，给出了多体动力学中弹性体的数学建模方法；其次，建立轮对柔性体有限元模型，分析了轮对的弹性振动模态，进一步将其集成于多刚体系统中，形成重载货车刚柔耦合动力学分析模型；最后，针对货车多刚体和刚柔耦合两类建模方法，以干线不平顺叠加短波不平顺作为系统激励源，对比分析了重载货车的轮对振动响应、蛇行运动稳定性以及动态曲线通过性能的差异. 研究结果表明:相对刚性轮对而言，柔性轮对的变形能够缓和轮轨刚性冲击，同时弱化轮轨间的刚性约束能力，导致其振动幅度降低，使得车辆非线性临界速度下降约9%，通过小半径曲线时，轮轨横向力也降低了约13.7%，轮对弹性振动对重载货车动态性能的影响同样不容忽视.      

下沉式地铁车辆段咽喉区车致振动特性

采用触发采集方式现场实测了某下沉式地铁车辆段咽喉区钢轨、道床、地面、楼板及盖板的振动加速度, 采用插入损失、1/3倍频谱、Z振级曲线拟合等方法分析了现场实测数据, 进而分析了下沉式地铁车辆段咽喉区的振源特性与地铁振动沿盖板和不同层楼板的传播规律。分析结果表明: 在频域上, 钢轨比道床振动频带更宽, 没有明显的主频段, 其振动分布在800 Hz以内, 道床则有明显的主频段, 主要分布在80~200 Hz; 下沉式地铁车辆段地下1、2层钢轨至道床振动衰减幅度分别约为29.9、10.4 dB; 列车引起盖板的振动响应随测点与行车轨道中心线距离的增大呈线性衰减规律, 其线性衰减率约为0.2 dB·m-1; 由于边墙对振动的反射与折射, 振动传至盖板端部时出现局部放大现象; 列车无论在地铁车辆段端部还是在中间股道行车, 随着测点与行车轨道中心线距离的增大, 车辆段盖板振级在2.5、5.0 Hz低频处基本不变, 在10 Hz处衰减缓慢, 在25、40、80 Hz中高频处衰减明显; 列车在地下1、2层行车时诱发的振动的向上传播呈逐层衰减规律, 列车在地下1层行车引起的盖板振动比其在地下2层行车时大约16.1 dB; 下沉式地铁车辆段咽喉区轨道接头多、道岔多的特点导致该区域盖板车致振动响应突出, 需重点对该区域进行减振设计。      

基于ESS法的重载货车焊缝疲劳仿真

为验证ESS方法的有效性,以装甲钢T型焊接接头为对象,进行了仿真计算与疲劳试验,结果表明,ESS方法计算精度较高,试验与计算误差为18.8%.基于ESS法及静态应力恢复原理,对重载浴盆货车车体关键焊缝进行了疲劳仿真分析,获得了ESS分布规律及仿真结果,其中枕梁上盖板与中梁焊缝计算里程约为2 886万公里,有较高的安全裕度.     

车下弹性吊挂设备悬挂刚度选取方法

以车体低阶弹性振动、刚体振动和设备有源振动为输入, 提出了一种能够快速、简便确定弹性设备悬挂刚度的方法;在充分考虑吊挂设备各个方向上可能出现耦合振动、设备安装间隙、允许最大振动位移等因素的前提下, 推导了任意悬挂方式吊挂设备的刚体振动频率计算公式;给出了车下弹性吊挂设备悬挂刚度的选取方法与分析流程;以某动车组为例, 建立了车体与动力包的耦合振动分析模型, 计算得到了动力包的点头、摇头、浮沉、侧滚等刚体振动频率和三向悬挂刚度的取值范围, 并对比了动力包悬挂刚度理论计算结果与有限元结果。研究结果表明:在已知车体或吊挂设备基本参数的前提下, 采用提出的方法无需通过复杂的动力学建模分析即可计算出其点头、摇头、浮沉、侧滚等刚体振动频率, 与有限元计算结果相比, 刚体振动频率的最大相对误差为6.88%;计算所得动力包刚体振动频率与车体对应振动频率的比值均有效避开了耦合区间[0.750, 1.414], 因此, 采用提出的方法可快速、准确地确定吊挂设备的刚度范围, 从而避免设备与车体之间的共振。      

列车荷载作用下矮塔斜拉桥索梁振动的相关性

为探讨不同列车速度下矮塔斜拉桥斜拉索振动与桥梁整体振动之间的相关性,基于列车-线路-桥梁耦合振动理论与动力学模型,以某主跨115 m+95 m的铁路矮塔斜拉桥为工程背景,考虑斜拉索与桥梁整体结构之间的相互作用,通过数值积分得到梁体、桥塔振动响应以及斜拉索局部振动响应.结果表明:列车荷载作用下索梁振动相关性问题实质上是一个能量传递过程,当拉索端点位移激励频率与其自振频率接近时,能量易于在索梁间传递;当列车以225~350 km/h的设计时速通过桥梁、列车荷载的激励频率与斜拉索自振频率接近时,斜拉索在外激励作用下会产生共振,但共振幅值不大(斜拉索局部振动幅值小于3 mm).      

客车车身骨架动态特性分析

以某客车为例,建立了该客车车身骨架的有限元模型.对整车模型进行了模态分析和谐响应分析,结果表明:在车身的第十三阶振型至第十六阶振型中,车身结构模型的中后段变形较大,尤其是发动机底架后段变形较大,当外界激励频率接近固有频率时,会发生共振;当外界激励频率在50,91 Hz时,车身骨架结构模型中后端和尾部振动的幅值较大,该激...     

Numerical study on vortex induced vibration of a flexible plate behind square cylinder with various flow velocities

The vortex induced vibration （VIV） of a flexible plate behind the square head with various flow velocities is simulated. The closely coupling approach is used to model this fluid-structure interaction problem. The fluid governed by the incompressible Navier-Stokes equations is solved in arbitrary Lagrangian-Eulerian （ALE） frame by the finite volume method. The structure described by the equations of the elastodynamics in Lagrangian representation is diseretized by the finite element approach. The numerical results show that the resonance occurs when the frequency of vortex shedding from square head coincides with the natural frequency of plate. And tile amplitude of both the structure motion and the fluid load keeps increasing with the time. Furthermore, it is also found that in particular range of flow velocity the vibration of the plate would reach a periodical state. The amplitude of plate oscillating increases with the growth of velocity, while the frequency is locked.     

大连段铁路箱型组合梁动力性能的研究

在桥梁设计中,自振频率、振型对评价桥梁现有运营情况和承载能力有重要的意义。利用大型有限元计算软件Ansys,通过对某在建高速铁路单箱双室组合梁进行数值计算,分析了横隔板的设置对桥梁动力性能的影响。     

高速铁路模型箱梁静力非线性和动力损伤关系研究

桥梁结构在荷载作用下的静力非线性与结构动力特性之间的关系是结构损伤识别领域的重要问题。基于高速铁路模型箱梁的重复荷载试验,采用平面非线性有限元分析方法对静力非线性和动力损伤之间的关系进行了研究。通过定义混凝土等效应力－等效塑性应变曲线来定义其弹塑性行为。对数值模型加载到各级荷载后卸载进行动力特性分析,即卸载后计算自振频率和振型。计算结果表明：采用平面非线性有限元分析方法可以比较准确地对箱梁模型进行非线性分析,除了初始模型刚度存在一定误差外,结构的骨架曲线的特征值、加卸载刚度和残余位移吻合较好。在进行非线性分析后进行动力特性是分析可行。竖向频率值的变化能够反映静力非线性发生后结构的损伤出现和损伤的发展规律,这为结构动力损伤识别提供了有效的途径。