转向架构架载荷谱频域校准与建立方法

分析了时域内准静态载荷-应力传递关系, 以载荷间互谱密度的参数作为载荷耦合作用的表征量, 基于多轴频域疲劳基本理论推导了频域内等效应力的表达式; 得到了与多轴加载等效的分立载荷系的表达式; 为保证载荷谱计算损伤可以覆盖线路实测损伤, 以应力信号自功率谱密度的0阶谱矩作为表征损伤的参量, 约束载荷对测点损伤的贡献占比, 根据损伤一致性原则, 采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法进行载荷校准; 对国内某型地铁转向架构架进行线路测试, 获得了载荷和应力数据, 并进行了数据分析。研究结果表明: 载荷系中构架横向载荷的线路实测方差最大, 为5.08, 电机横向载荷方差最小, 为0.02;频域内考虑载荷耦合效应的损伤校准精度为1.08×10-5, 而采用时域分立谱的损伤校准精度为2.91×10-3, 频域法比时域法的校准精度提高了99.63%;频域内考虑耦合作用的载荷校准系数的综合调整倍数为31.81, 相比时域内采用分立谱校准系数的调整倍数下降了41.71%, 频域法的系数调整最大倍数为6.99, 时域法为15.68, 前者比后者降低了55.42%。可见: 频域内考虑载荷耦合作用的校准方法在误差精度上要优于时域内采用分立谱的校准方法; 频域法的系数调整比例的分散度低于时域法, 校准载荷更接近实测载荷, 校准结果可信度高; 由于校准过程中考虑了载荷间的关联性, 研究得到的载荷系可同时应用于试验台多轴加载以及仿真独立加载, 实现了2种加载方式的统一, 为构架载荷谱的建立方式提出了新思路。      

模态柔度指标在简支梁桥损伤识别中的应用

基于模态柔度理论,构造模态柔度差及模态柔度差曲率指标为损伤识别参数.选取简支梁桥为数值模拟算例,对单位置及多位置损伤识别工况的数值模拟分析验证了两个指标的有效性.结果表明：模态柔度差曲率指标更适合于结构的损伤位置识别.     

基于自回归条件异方差转换指标的非线性损伤识别

为了解决时域非线性损伤的识别问题,基于自回归条件异方差（ARCH）模型的基本理论给出了ARCH模型建模的定阶方法及模型参数估计的极大似然估计法;分析了结构非线性损伤的特性,提出了基于ARCH模型的非线性损伤识别原理;考虑到基于自由度的损伤指标难于判断损伤位置,故提出了一种自回归条件异方差转换指标;在测量误差和模型误差的影响下,使用3层框架结构的非线性损伤试验来验证该损伤指标的有效性. 试验结果表明:非线性间隙距离为0.05 mm和0.10 mm时,损伤位置第3层的自回归条件异方差转换指标值比传统的倒谱测距转化指标值高21.7%以上;当非线性间隙距离为0.20 mm时,第3层的自回归条件异方差转换指标值比倒谱测距转化指标值高3.7%.      

简支梁桥上无缝道岔纵向力影响因素分析

根据桥上无缝道岔纵向相互作用的特点,建立了道岔-桥梁-墩台一体化有限元计算模型,以18号道岔铺设在简支梁桥上为例,分析了钢轨温度、桥梁温度、桥梁跨度、支座布置形式、墩台刚度、辙跟传力部件结构及阻力参数等对简支梁桥上无缝道岔受力与变形的影响.计算结果表明,简支梁桥上的无缝道岔对线路和桥梁的影响范围仅限于与道岔相邻的2孔梁以内;应采用道岔里轨与简支梁伸缩位移方向相反的桥上无缝道岔布置方式;应适当增大道岔范围内桥墩的纵向刚度;桥上无缝道岔辙跟不宜采用间隔铁结构;18号道岔宜铺设在跨度32或48 m的简支梁桥上.     

基于改进PSO算法的两阶段损伤识别方法

为解决结构多损伤情况下的位置识别和损伤程度判定问题,提出了一种基于改进粒子群优化算法和贝叶斯理论的两阶段损伤识别方法,该方法采用频率和模态应变能作为损伤定位源数据,分别用基于频率改变和基于应变能耗散率的识别方法进行损伤信息的初步提取,再利用贝叶斯融合理论对损伤位置进行较为精确的判定.然后,利用粒子群优化(PSO)算法对损伤位置和程度进行更为精确的二次识别.考虑到简单PSO算法易陷入局部最优解,提出了3种改进措施,即粒子位置突变、最优记忆粒子微搜索和双收敛措施.数值仿真结果表明:采用贝叶斯融合理论可以有效地识别出可能的损伤单元,在此基础上用改进的PSO算法可以更精确地识别损伤的位置和程度,同时采用3种改进措施的PSO算法的识别精度明显优于其他PSO算法和遗传算法.     

简支梁桥典型病害成因分析与加固处治方法

钢筋混凝土的质量性能对桥梁结构有很大的影响,简支梁桥是钢筋混凝土结构的常见桥型之一。凭借其独特的优势在道路建设中得到了广泛的采用。在高速公路运营阶段,简支梁桥由于施工和养护等原因出现了各种各样的缺陷和损伤,桥梁结构功能受损,耐久性降低,桥梁使用寿命达不到设计年限。以浙江沪杭甬高速公路简支梁桥为研究对象,通过钢筋砼简支梁桥的典型病害成因分析,提出简支梁桥的加固处治方法。     

基于人-车-路耦合振动系统的儿童乘坐舒适性

根据拉格朗日原理,建立了基于人-车-路耦合振动的12自由度动力学数学模型;借助MATLAB/Simulink平台,分析车速、路面不平度、汽车前后轮迟滞性及左右轮相干性的特点;构建了随机路面激励时域模型;采用时域和频域分析了在不同路面及不同车速下汽车对儿童头部、臀部振动影响。研究表明:通过提高路面等级及车速可以提高儿童的乘坐舒适性;儿童对5～10 Hz的低频及15,23 Hz的中频振动最为敏感;适当地降低座椅刚度、提高阻尼及合理地布置座椅位置可以提高儿童的乘坐舒适性。     

基于人-车-路耦合振动系统的儿童乘坐舒适性

根据拉格朗日原理,建立了基于人-车-路耦合振动的12自由度动力学数学模型;借助MATLAB/Simulink平台,分析车速、路面不平度、汽车前后轮迟滞性及左右轮相干性的特点;构建了随机路面激励时域模型;采用时域和频域分析了在不同路面及不同车速下汽车对儿童头部、臀部振动影响。研究表明:通过提高路面等级及车速可以提高儿童的乘坐舒适性;儿童对5～10 Hz的低频及15,23 Hz的中频振动最为敏感;适当地降低座椅刚度、提高阻尼及合理地布置座椅位置可以提高儿童的乘坐舒适性。     

基于刚度指标和频率的结构损伤定性定量识别

为解决结构多损伤位置识别和损伤程度判定问题,提出了一种基于刚度指标和频率数据的定性和定量识别方法,并分析了测量误差的影响．借鉴柔度损伤指标的方法,用刚度指标对损伤位置进行初步判定,并采用统计理论分析其测量误差的影响;然后利用频率测量精度较高的优势,采用频变法对结构损伤进行定量识别．为进一步提高识别的精度,提出了频变法的迭代改进策略．仿真结果表明,采用刚度指标可以有效地识别出可能的损伤单元,该指标明显优于柔度指标,且受测量误差的影响较小,而利用频变法的迭代改进策略可以得到更精确的损伤程度的量化值．     

有损伤简支桥梁的波动分析

大跨度桥梁这种大、轻、柔结构在承受扰动时,响应呈现明显的波动现象.出于对该类结构进行局部控制和健康安全监测的需要,应用回传射线矩阵法,对方波脉冲作用下的有损伤简支桥梁进行波动分析.桥梁结构的局部损伤用减小单元的杨氏模量来模拟.比较方波作用下有损伤结构与无损伤结构跨中处的弯矩波,研究损伤程度对弯矩波的影响.结果表明,当方波脉冲以力偶方式作用时,通过结构跨中处的弯矩波曲线能够准确的判断损伤存在,确定损伤位置和损伤区域.     

基于不完整频响函数的结构整体状态评估

分析了土木工程结构的有限元模型,推导了损伤判别指标,构建了整体损伤计算方程组;利用最小二乘法求解得到结构中的各单元损伤状况.利用结构的频响函数图形的偏移程度对结构的损伤进行定性判定;通过不完整频响函数建立损伤识别指标对损伤位置进行识别;构建了损伤定量计算方程组;利用最小二乘法求解该方程组,并对损伤程度进行评估.仿真结果...     

简支梁桥直接基于位移的减、隔震设计方法

基于位移的设计方法被提出以来,已应用于多种不同结构的抗震设计中,包括安装各种减、隔震装置的结构.该方法的核心是在给定强度的地震作用下对主梁定义明确的目标设计位移,通过采用位移谱进行设计,使结构能够满足一定的性能水平,同时考虑了减、隔震装置的设计位移能力和桥墩的位移延性能力.高速铁路简支梁桥的一些自身特性也有利于应用直接基于位移的设计方法,论述了该方法的理论基础和设计流程,并将其应用于高速铁路典型简支梁桥的纵向减、隔震设计,采用非线性时程分析方法对该方法的计算结果进行了验证,结果表明,该方法对规则高速铁路简支梁桥有较好的适用性.     

轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系分析

从时域和频域两个方面来研究轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系.首先,利用轨道不平顺和轮轨动力学模型来计算轮轨间的动力荷载,加载到轨道有限元模型上得到一定运量下的道床变形和轨道不平顺分布;其次,利用傅立叶变换分别得到了一定运量后轨道不平顺的里程-功率谱、平均功率谱及其拟合谱,分析了不同波长不平顺同道床沉降之间的相关性,并同现场数据相对照.再次,结合现场轨检车的测力轮对数据,包括轨道不平顺、轮载和车体振动加速度,分别从时域和频域两个方面对三者之间的相关性进行分析,并分析了轨道不平顺状态对车轨动力响应的影响程度;最后,认为道床沉降主要影响的是轨道长波不平顺,而对短波不平顺则影响不大,而且从时域和频域来看,轨道不平顺的分布与车体振动加速度的分布相类似,而与轮载分布不同,而且波长较长的轨道不平顺引起车体的振动,它是影响车体振动和车辆运行平稳性的主要因素.     

基于车致振动响应的铁路桥梁损伤位置识别

为识别列车荷载引起的桥梁结构损伤,基于车致振动的加速度响应,提出了一种损伤位置识别方法.该方法通过结构易损性分析,确定结构易损的部位,并根据易损部位的损伤状态,从列车行驶的时间区域中选择若干子区域;然后,假设在每一个子区域内特定易损部位的损伤状态保持不变,将损伤位置识别分为2个层次进行,每一层次均以加速度时程数据构建损伤指标,从多个角度优化样本库,并采用支持向量机作为分类工具,建立损伤位置识别模型.对一连续梁的实例分析表明:该方法能够考虑结构状态与列车荷载的相关性,在损伤最易出现的时间子区域内,对易损部位进行损伤识别,可获得较好的损伤位置识别结果;且在低水平噪声干扰下,识别结果变化不大.     

DFT对FT近似中的时域混叠现象研究

根据傅里叶性质可知,信号的时宽和带宽不可能同时缩小,也不能同时扩大.二者也不可能同为有限值.若信号的时间长度有限,当进行时域抽样时,频域必然发生混叠;反之,若信号的频带宽度有限,当进行频域抽样时,时域必然发生混叠.从理论上侧重分析了DFT对FT近似中的时域混叠现象,给出了当频域抽样点数小于原序列长度时,时域混叠的计算规律.     

基于首次穿越破坏的TMD体系频域可靠性分析

为了研究可靠度的频域特性及TMD(tuned mass damper)体系减震特性,基于首次穿越破坏准则,推导了结构在随机激励下关于谱矩截止频率的概率分布计算公式,采用向前差分方法求解关于频域的概率密度,利用概率分布计算公式分析了TMD结构体系可靠度的频域概率信息.结果表明:可靠度的频域概率密度为负值,且随着频带变宽频域可靠度趋近于直接按照首次穿越破坏准则的计算值;结构无控时前两阶频率处的可靠度下降比例为59.23%和35.45%, TMD结构体系的相应比例为34.54%和55.92%,从频域可靠度的角度表明了TMD结构体系主要控制一阶振型,并体现了减震的可靠性.      

CR400AF型动车组牵引变流器线路振动测试及分析

为弥补GB/T 21563—2018中关于动车组设备振动数据不足的问题,以复兴号CR400AF型动车组2号车牵引变流器吊耳和车厢地板为测试对象,通过线路振动测试数据的时域、频域分析及与GB/T 21563—2018的对比分析,得到牵引变流器吊耳和地板的振动特性及基于统计容差法获得牵引变流器的实测谱和规范谱.研究结果表明：与GB/T 21563—2018标准值相比,牵引变流器各测点振动有效值都较小,其中垂向和横向约为标准值的20%,纵向约为标准值的50%;GB/T 21563—2018标准载荷谱仅考虑了2～60 Hz振动频谱的影响.归纳整理的实测谱和规范谱可以体现1～1 000 Hz的振动特征.线路振动测试及分析可为CR400AF型动车组牵引变流器的安全可靠应用提供指导。     

新型城镇化与综合交通发展的互动关系计量研究

为分析城镇化与综合交通系统之间的互动关系,提出了新型城镇化与综合交通发展的综合指数测度指标,揭示1997—2016 年中国及东中西地区两者的发展趋势与特征,并运用时域分析和频域分析相结合方法,探讨该时段两者的互动演变关系及空间差异性. 研究表明：中国新型城镇化与综合交通发展呈现平稳上升态势,且地区间差距有扩大趋势;两者之间存在长期均衡互动关系,但在不同时段不同区域存在差异性,全国和东部地区为拉动型,中部为互动型,西部为推动型;综合交通发展对新型城镇化的影响更为显著,且影响程度呈现东高西低的态势;全国及东中部地区的综合交通发展均滞后于新型城镇化,西部地区则相反.     

钢管混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤评估方法

为了建立侧向冲击荷载作用下钢管混凝土柱的损伤评估方法,以钢管混凝土柱近支座落锤冲击试验为基础,结合数值模拟和理论分析,研究预加轴力、冲击体质量及冲击速度对钢管混凝土柱损伤程度的影响. 选取冲击体质量和速度作为损伤评估主控变量,建立基于剩余承载力的损伤评估指标D的计算式,并划分损伤评估等级. 以典型钢管混凝土结构柱为例,通过仿真试算拟合其损伤评估曲线,并建立损伤评估的图解方法. 研究结果表明:冲击体质量和速度对钢管混凝土柱损伤程度的影响显著,预加轴力的影响呈现出变异性;D=0.3,0.5,0.7时的损伤评估曲线将坐标平面划分为4个面域,分别代表钢管混凝土柱发生轻度损伤、中度损伤、重度损伤及破坏失效;根据冲击体质量和速度的组合点与损伤评估曲线的位置关系,可以快速判定钢管混凝土柱的损伤程度.      

新型城镇化与综合交通发展的互动关系计量研究

为分析城镇化与综合交通系统之间的互动关系,提出了新型城镇化与综合交通发展的综合指数测度指标,揭示1997-2016 年中国及东中西地区两者的发展趋势与特征,并运用时域分析和频域分析相结合方法,探讨该时段两者的互动演变关系及空间差异性. 研究表明：中国新型城镇化与综合交通发展呈现平稳上升态势,且地区间差距有扩大趋势;两者之间存在长期均衡互动关系,但在不同时段不同区域存在差异性,全国和东部地区为拉动型,中部为互动型,西部为推动型;综合交通发展对新型城镇化的影响更为显著,且影响程度呈现东高西低的态势;全国及东中部地区的综合交通发展均滞后于新型城镇化,西部地区则相反.