大跨度高速铁路桥梁模态参数频域识别方法研究与应用

对(128+3×180+128)m的大跨度加劲悬索连续钢桁梁采用峰值拾取法和频域分解法进行模态参数识别,并与有限元分析结果进行对比。结果表明:大桥一阶识别自振频率分别为1.241 Hz和1.243 Hz,与有限元计算结果 1.240 Hz相差极小,阻尼比和振型识别结果可靠;2种频域模态参数识别方法满足在工程中应用的精度要求。使用振型因子α评价振型的识别精度时,适当降低α可以提高振型识别精度;提高频率分辨率可以提高阻尼比识别精度。     

基于声振互易法的铁路扣件弹条模态试验研究

在铁道车辆的安全运行中,部分路段的轨道扣件系统的折断率比较高,因此掌握轨道扣件弹条的模态参数对减少弹条折断率,提高铁路运营安全性是十分必要的。首先介绍利用基于声振互易法进行模态测试的基本原理,然后利用加速度传感器和声传感器分别对弹条进行测试,得到加速度传感器的附加质量,使弹条各阶固有频率降低3%左右,对于类似扣件弹条这样的小阻尼结构,较小的频率变化会引起较大的频响函数幅值变化,并且通过后续的现场实验对比得到,利用声振互易法对现场弹条的模态测试不会受到钢轨的辐射噪声干扰,可以有效消除接触式传感器附加质量对弹条扣件小阻尼结构模态参数影响,因此得到的实际弹条扣件测试结果更加准确客观。     

基于模态参数和神经网络的桥梁损伤识别方法

由于人工神经网络具有强大的模式识别能力,近年来被广泛用于结构的损伤识别.神经网络输入参数的选择直接影响损伤识别的效果,利用结构振动模态分析理论,验证了结构损伤前后的模态柔度差和模态振型差均有对基准有限元建模误差不敏感的特性,建立了以上述两种指标作为神经网络输入参数进行结构损伤程度识别的方法,从而避免因基准有限元模型误差对神经网络训练数据的影响,提高识别准确性.32 m简支箱梁的数值模拟结果表明,训练好的神经网络可以准确地识别出结构损伤程度,并且讨论了测量误差对识别结果的影响.     

高速列车U型橡胶外风挡结构模态有限元计算与试验分析

随着旅客列车运行速度的提升,安装在车厢连接处的U型橡胶外风挡结构在列车空气动力作用下产生变形振动,当气动载荷的激励频率接近外风挡结构固有频率时易引起共振现象。为分析U型橡胶外风挡结构固有动态特性,利用模态有限元计算和试验相结合的方法,比较有限元模态计算中2种材料本构模型的区别,并研究模态试验激励点与响应点位置对U型橡胶外风挡结构模态参数的影响。研究结果表明:有限元模态分析时,网格单元层数过少导致计算结果刚度偏大;采用Mooney-Rivlin本构模型计算橡胶材料模态参数相对于线弹性更为合适;有限元模态分析所得结构振型可为模态试验响应点位置的选择提供指导。研究成果可为高速列车U型橡胶外风挡结构设计提供参考。     

基于模态参数的梁桥结构模型边界条件参数修正

针对实际桥梁结构复杂的边界条件,详细分析边界条件的附加约束参数。以梁桥结构的水平平动附加约束与扭转附加约束参数为讨论对象,采用最小二乘约束优化反演理论,建立以模态参数实测值与理论计算值误差平方和最小为目标的桥梁结构边界条件变异参数约束优化反演求解问题。在其基础上引入矩阵摄动理论,将结构动力方程的特征值及特征向量一阶摄动代入所建立约束优化方程,显著提高优化求解效率,并通过迭代求解的方式提高边界条件变异参数的求解精度。编制相应求解程序,通过某磁浮轨道梁方案的损伤识别验证表明,仅用前几阶仿真计算得到的模拟实测频率与振型经过4次迭代即可精确反演桥梁结构边界条件变异参数。     

高速列车车体模态特性与结构尺寸敏度关系研究

针对高速列车运行过程中,由于车体自由模态不匹配导致的整车振动特性恶化问题,提出一种尺寸敏度分析方法改善车辆动态特性。具体内容包括:通过HyperMesh建立车体有限元模型,应用ANSYS计算车体自由模态频率并提取振型,研究单一部件尺寸敏度对车体主振型模态频率的影响。结果表明:对车体模态频率影响最小的是端部,对车体主振型菱形影响最大的是顶棚,达0.55 Hz;对垂弯影响最大的是底架,达1.14 Hz,对扭转影响较大的是顶棚和侧墙,达0.82Hz,为车体结构的优化设计提供参考。     

基于运行模态参数辨识的动车组异常振动在线监测技术

针对动车组抖车、晃车异常振动发生时，振型较单一且模态阻尼比下降的特点，提出一种基于运行模态参数辨识的动车组异常振动监测技术。采用时域模态分析方法，对车体振动加速度进行实时计算，获得模态频率、阻尼比和参与因子，根据模态参与因子确定当前振动的主导振型，由主导振型的模态频率判断是否存在动车组异常振动，并根据模态阻尼比对动车组异常振动的严重程度进行量化分级报警。动车组车体平稳性监测装置现场服役跟踪数据验证表明，该技术具有较高的识别精度。     

三种浮置式轨道结构的振动模态对比分析

针对现有的三种浮置式轨道结构建立三维有限元模型,通过大型有限元软件ANSYS对三者在各项不同参数影响的境况下做模态分析,得到三种浮置式轨道结构的固有频率和振型,而后再做比较,提出在不同工况条件下的较佳的理论方案,并为浮置式轨道的其他动力特性分析提供了一个关键的模态参数.     

基于单元模态应变能法的桥梁结构损伤识别研究

桥梁结构损伤识别是对桥梁结构进行安全性评定的一个重要环节。本文首先根据桥梁结构损伤前后动力特性分析,导出由于单元损伤引起的结构模态振型的改变系数;然后,运用结构局部损伤因子法建立单元损伤敏感的指示因子,推导出单元损伤前后的单元模态应变能的变化,并对损伤单元与未损伤单元之间的关系进行了研究。最后,以单元模态应变能的变化率作为损伤定位的判别参数,对桥梁结构损伤定位的识别方法进行了研究,并以一座装配式预应力钢筋混凝土系杆拱桥作为工程实例,通过其在不同损伤情况下计算结果和实测结果的分析和讨论,说明该方法能够比较准确地对结构损伤进行定位识别,同时也证明本文研究方法的正确性和有效性。     

基于模态参数的工程结构损伤识别方法

介绍了结构故障诊断的技术手段以及应用振动诊断进行结构损伤识别的研究现状。应用有限元程序进行模态分析和频响分析,得到在不同损伤度的条件下轮对局部模态频率和振幅幅值的变化趋势。提出基于频率移动和模态振型变化来判断结构损伤。     

模态分析在桥梁检定试验中的应用

利用力锤激励铁路桥梁产生振动进行模态参数识别，并使用变时基传递函数细化分析方法，确定梁体和桥墩的自振频率和振型。掌握模态分析方法对指导桥梁大修具有重要意义。     

基于模态分析技术的大跨度斜拉桥主梁损伤识别

根据模态曲率的概念,构造结构损伤指标。采用有限元方法,对1座设定主梁不同位置发生损伤的大跨度预应力混凝土斜拉桥进行动力特性分析,利用构造的结构损伤指标对结构损伤进行识别研究。结果表明:结构损伤指标对结构损伤的识别精度与参与计算的模态振型及节点间距有关。应选择在损伤位置振幅较大的模态振型,而避免平衡位置处于损伤位置或附近的模态振型。该方法对结构的早期损伤可进行定性判断,结构损伤指标随结构的早期损伤程度的增大而增大,且增长幅度逐渐变小,当结构损伤达到一定程度后,损伤指标不再增大,而在渐近线附近波动。节点间距在一定范围内增大时,不影响损伤位置的识别,甚至可以确定损伤程度,但可能会反映不出损伤对其临近区域的影响;节点间距过大,可能发生漏判。     

高寒地区高速铁路桥梁下部结构模态参数的变化规律研究

针对高速铁路多跨简支梁桥墩—梁间振动强耦合的特点,采用复合随机子空间模态分析方法和冲击振动试验法相结合的信号处理方法,对高寒地区高速铁路简支梁桥的下部结构在1个完整冻融循环周期内4次动力测试结果进行分析,并对桥梁下部结构的模态参数进行识别,分析冻融循环对桥梁下部结构模态参数的影响规律。结果表明:随着冻结深度的增加,桥墩各阶横向振动频率均会增大,且全桥横向交错振动频率的增大趋势最为显著,最大增幅达36.8%;墩身高度是影响桥梁下部结构模态频率的主要设计参数,墩高对全桥横向交错振动模态的影响大于全桥横向整体摆动模态,随着墩高的增加,全桥横向交错振动频率在3~9 Hz之间变化,全桥横向整体摆动频率在2~4Hz之间变化;冻融循环作用下地质条件对桥墩的模态频率几乎没有影响。     

采用锤击法对24m预应力混凝土梁的模态试验分析

采用余振法和环境激励法分析桥梁的横向自振频率,很多情况下由于脉动信号的不可控制性而导致试验结果分析较困难,而采用锤击法对桥梁进行激励的模态试验,可以得到较理想的试验结果,能更好了解梁的振动状态,判定结构刚度。通过对大秦线300号桥一孔跨度24 m的预应力混凝土梁的模态测试,分析梁的振型及横向自振频率。     

CRH_3型动车组动力车轴及轮对动力学仿真分析

应用有限元结构动力学模态分析方法,对CRH3型动车组驱动装置中的动力车轴及轮对进行了动态特性研究：对动力车轴的固有振动频率进行理论分析,并在HyperMesh中建立了动力车轴及轮对的有限元模型,通过HyperMesh-ANSYS数据接口,以ANSYS作为求解器,采用Block Lanczos法,计算出动力车轴及轮对前三十阶模态的固有频率和相应主振型。通过振型分析,为动力车轴及轮对的结构优化设计及其动态响应分析提供了理论依据。     

基于主导模态的高速铁路矮塔斜拉桥易损性地震动强度参数研究

以怀邵衡铁路(90+180+90)m矮塔斜拉桥为工程依托,采用平均振型能量系数作为桥梁主导模态识别指标,在此基础上提出用于评估桥梁易损性的基于主导模态的地震动强度参数,并进行该参数的合理性分析。结果表明:基于主导模态的地震动强度参数充分考虑了地震动及结构自振特性,与桥梁地震损伤分析结构响应参数具有很强的相关性;针对高速铁路矮塔斜拉桥地震响应特性,斜拉索索力变化率相对其他需求参数敏感性较弱,较难量化结构地震功能损伤程度;与传统参数相比,基于主导模态的地震动强度参数在相关性、充分性及高效性上具有较强的优势,该参数可用于同类型桥梁地震功能易损性分析。     

高速列车车体工作模态试验与影响因素研究

以CRH2G型高速列车为研究对象,针对编组中的7号车体展开工作模态测试,获得车体模态参数。在振型相同的基础上,对采集的数据进行对比与统计,分析各工况对工作模态参数识别的影响,为试验的优化和改进提供依据。研究结果表明,恒速、启动、降速、全程和静止等工况对模态参数识别能力有影响,试验测点数目和测点位置影响所识别的模态阶数和主振方向。提出针对不同研究目的,应合理选用测点数目和确定测点位置、测试可在列车正常运营时进行、样本数据尽量在具有足够能量的恒速运行时采集等建议。     

悬挂式单轨车辆制动盘模态分析

由于制动盘制动时产生的振动会造成制动噪声和闸片与制动盘之间的接触不均匀,因此研究制动盘的振动特性对于分析整个制动系统的工作性能具有重要的意义。以日本千叶县0系悬挂式单轨车辆为基础,建立制动盘以及制动闸片的实体模型,进行了自由模态和约束模态的有限元分析,得到了制动盘和制动闸片的前8阶固有频率,分析了两者的振动特性,为制动系统未来的优化和改进提供了理论依据。     

地铁车辆转向架构架模态试验和仿真分析

对某B型地铁进行了构架线路振动试验,利用PolyMAX方法识别转向架构架在运用过程中的工作模态。基于有限元软件ANSYS建立了B型地铁动车转向架构架有限元模型,利用Block Lanczos法对构架有限元模型进行模态分析。对比仿真结果与试验结果,发现自由模态计算结果与试验结果存在较大差异;对构架有限元模型施加不同边界条件,发现考虑构架一系和二系悬挂、齿轮箱、电机悬挂约束后计算得到模态振型和模态频率与试验结果较为接近,误差小于5%。建议进行构架模态有限元分析时充分考虑边界条件的约束。     

基于模态应变能对高速转向架构架的动态性能研究

通过三维建模软件建立实体模型,然后导入到有限元软件ANSYS中进行模态分析,对比了自由状态和不同边界条件下的频率和振型,然后对实际线路上的构架进行了工作模态的测试并进行模态参数的识别。基于模态应变能的分析方法找出构架的薄弱位置,然后对其进行谐响应分析,得到薄弱位置处节点位移随频率变化的曲线,从而为进一步进行构架的动态响应分析以及结构的改进提供可靠依据。