移动荷载作用下加筋路堤的三维动力响应

利用半解析方法研究移动荷载作用下加筋路堤的动力响应问题。基于Biot多孔弹性介质的波动理论,建立三维横观各向同性弹性加筋地基模型。在忽略土颗粒压缩和自重的情况下,利用Fourier变换将土体波动方程转化为常微分方程。通过数值计算研究加筋与不加筋时,速度、筋材弹性模量和加筋率等对路面竖向位移的影响。计算结果表明:在一定范围内,速度越大加筋效果越显著;速度相同时,加筋后的路面竖向位移明显小于加筋前;筋材弹性模量和加筋率在一定范围内增大时,加筋后的路面竖向位移均呈减小的趋势。     

单个移动荷载激励下桥梁最大位移响应的频域分析

为了更加有效地建立列车运营速度与桥梁最大位移响应之间的关系, 针对单个移动荷载激励下桥梁最大位移响应提出了一种频域分析方法; 采用傅里叶变换推导出单个移动荷载匀速通过梁桥时的移动荷载谱和桥梁振动位移响应谱, 通过分析移动荷载幅值谱获得了导致桥梁自由振动位移出现极值响应的移动荷载速度, 并提出了该移动荷载速度的计算公式; 以一简支梁为例, 通过与相关文献结果的对比, 验证了本文数值计算程序的正确性, 进一步基于该程序, 通过数值分析验证了频域分析方法理论推导的正确性和移动荷载速度计算公式的准确性。研究结果表明: 在频域内得到的移动荷载幅值谱与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致, 因此, 移动荷载幅值谱能有效反映桥梁自由振动位移响应; 导致桥梁发生自由振动最大位移响应的移动荷载速度与移动荷载幅值谱最大值对应的速度相等, 且移动荷载幅值谱的其他极值点与桥梁自由振动位移响应极值点对应的移动荷载速度一致; 在自由振动阶段, 桥梁位移响应极值点对应的单个移动荷载速度仅与桥梁自振频率和跨度有关; 单个移动荷载以共振速度通过桥梁时, 桥梁发生的受迫振动与自由振动位移响应均不是最大响应, 因此, 对于高速铁路桥梁的列车运营速度, 除关注列车共振速度外, 需更加重视使桥梁产生最大位移响应的速度。      

板式轨道交通引起的地面振动模型

为了研究板式轨道交通引起的地面振动,建立了单个载荷作用下板式轨道引起的地面振动计算模型。在模型中,考虑了板式轨道的结构特性,大地按多层各向同性无限大弹性体建模,其底层为弹性半空间体。对模型的动力学微分方程先在波数-频率域内进行求解,然后利用傅立叶逆变换得到地面振动的垂向位移幅值计算表达式。算例表明,该模型能反映出层状大地中波的频散特性,荷载移动速度对地面振动有显著影响,荷载速度增大,振动响应及影响范围随之增大,当其超过瑞利波波速时,将会出现多普勒效应,这说明该模型能模拟地质沉积作用下的层状大地特性。     

铁路道床路基动力响应的参数影响

根据车轮-轨排-道碴模型，得到路基道碴表面荷载，利用有限元-无限元耦合法，建立了道床路基动力计算模型。结合Newmark积分法逐步求解运动方程，计算了列车荷载下，不同道碴厚度与地基刚度下道床路基的振动加速度与动位移。计算结果表明，道碴厚度对道床路基的动力响应影响显著，而路基刚度的影响不明显。     

变速移动列车作用下轨道动力响应的解析解

城市轨道列车在一半以上的线路内处于变速行驶状态.实测分析显示,列车进出站的振动及噪声问题不容忽视.为了研究进出站列车对周围环境的振动影响,基于轨道结构的周期性频域解析模型,从理论上建立了基于频域解析的变速车轨耦合模型,该系统考虑了整车模型、离散支撑轨道模型、轨道不平顺和轮轨赫兹接触等因素,整个求解过程在波数频率域内完成,该模型可以较好的分析轮轨间包括高频在内任意频率带宽的相互作用.同时还编制了完善的变速车轨耦合频域解析模型计算程序,通过计算结果与实测结果的对比,验证了计算程序的正确性,进而对影响变速移动列车作用下轨道动力响应的扣件刚度、列车加速度和列车初速度进行了参数分析.     

地铁循环荷载作用下隧道周边软黏土动力响应特性研究

以上海地铁9号线为工程背景,在现场实测的基础上,采用计算程序DBLEAVES对地铁循环荷载作用下隧道周边软黏土的动力响应特性进行了研究。研究表明:在地铁循环荷载作用下,隧道周边软黏土的沉降规律为绕隧道向外弧形扩散,沉降值越来越小,直至影响范围边界,地表沉降呈沉降槽形式发展;最大沉降发生在隧道正下方,通过拟合得出土体的最终沉降量为19.8 mm;加速度响应方面,其空间分布形式同沉降规律,隧道右下方土体内的加速度及其衰减速度均略大于右上方土体;在循环荷载加载初期,土体内的超孔隙水压力上升很快,几乎呈线性发展;随着循环次数的增加,逐渐趋于稳定并向边界消散;超孔隙水压力比土体的有效应力小得多,隧道下方土体在循环荷载作用下不会发生液化现象。     

以交通荷载作用为基准探讨公路路基工作区深度

通过对路面的不平整实地测量资料来获取汽车荷载的参数及计算模型,根据此模型对公路结构中的动力响应情况进行分析,由于公路的结构具有三维分层性状,可以使用Fourier变换技术与求解层状结构的精确刚度矩阵法对公路结构域汽车移动下荷载的动力响应问题进行了研究。     

板式轨道动力响应分析方法

为了计算在高速车辆移动荷载作用下板式轨道的动力响应,将轨道板视为线性粘弹性连续支承梁,将钢轨视为线性粘弹性点支承梁,将钢轨和轨道板统一划分为有限单元,基于车辆-轨道耦合动力学理论,利用弹性系统动力学总势能不变值原理,建立了高速列车-板式轨道的垂向耦合动力学方程,计算了车辆通过板式轨道钢轨焊接区短波不平顺时的轮轨动力学响应。仿真结果表明:与其他成熟仿真方法相比较,响应变化趋势与幅值基本一致,表明该方法可行。     

非均布移动荷载作用下黏弹性沥青路面动力响应分析

基于实测非均布车辆荷载移动特性,采用Witczak黏弹性模型动态剪切模量,建立了非均布移动荷载作用下沥青路面结构瞬态动力分析的三维有限层模型,通过3D-MOVE Analysis软件分析不同路面温度、不同车辆行驶速度下沥青路面动力响应的时程变化和横向分布规律,并与均布移动荷载的计算结果进行比较。结果表明:路面结构层动力响应具有交变特性;基层与土基应变恢复具有滞后现象;面层顶面出现应力应变集中现象;在双轮加载区域内路面动力响应横向分布具有非对称性,各动力响应峰值出现在不同横向位置上;与均布移动荷载比较,非均布移动荷载作用下的动力响应沿横向变化较小;随着车辆行驶速度的增加,面层底部动力响应先减小后增大,有一个峰值点,临界速度约为48 km/h;当路面温度由-10℃升高至50℃时,面层底部纵向、横向应变突变幅度分布分别增加了2.75,1.53倍,面层底部剪应力显著增加,且高温下面层底部剪应力容易出现应力集中现象。     

刚性路面动态应变响应的变换域分析

为了研究移动常载荷与谐波载荷作用下刚性路面的动态应变响应,把路面视为弹性地基上的无限大薄板,利用三维Fourier变换在时间与空间变换域内建立移动载荷的公式,分析了粘滞阻尼、车速、载荷大小对应变响应的影响。采用5个混凝土埋入式应变传感器,建立实验环境,进行路面应变响应测量,并对测量结果和仿真结果进行了比较。比较结果表明:车速与阻尼对上述两种载荷作用下板的应变响应影响较大,移动谐波载荷作用下刚性路面动态应变比常载荷产生的应变响应要大,移动谐波载荷作用下的响应稍大于实测结果。     

Equivalent stiffness of the saturated poro-elastic half space interacting with an infinite beam to harmonic moving loads

The expression of the equivalent stiffness of the saturated poro-elastic half space interacting with an infinite beam to harmonic moving loads is obtained via the Fourier transformation method in the frequency wave number domain. Based on the obtained equivalent stiffness, the frequency wave number domain solution of the beam-half-space system is obtained by the compatibility condition between the beam and the half space.Critical velocity of harmonic moving loads along an infinite Euler-Bernoulli elastic beam is determined. The time domain solutions for the beam and the saturated poro-elastic half space are derived by means of the inverse Fourier transformation method. Also, the influences of the load speed, frequency and material parameters of the poro-elastic half space on the responses of the beam are investigated. Numerical results show that the frequency corresponding to the maximum deflection and bending moment increases with increasing load speed. Moreover,it can be seen that at higher frequencies, the dynamic response is independent of the load speed. The present results also show that for a beam overlying a saturated poro-elastic half space, there still exist critical velocities even when the load velocity is larger than the shear wave speed of the medium.     

Wave Number Method for Three-Dimensional Steady-State Acoustic Problems

Based on the indirect Trefftz approach, a wave number method (WNM) is proposed to deal with three-dimensional steady-state acoustic problems. In the WNM, the dynamic pressure response variable is approximated by a set of wave functions, which exactly satisfy the Helmholtz equation. The set of wave functions comprise the exact solutions of the homogeneous part of the governing equations and some particular solution functions. The unknown coefficients of the wave functions can be obtained by enforcing the pressure approximation to satisfy the boundary conditions. Compared with the boundary element method (BEM), the WNM have a smaller system matrix, and is applicable to the radiation problems since the wave functions are independent of the domain size. A 3D acoustic cavity is exemplified to show the properties of the method. The results show that the wave number method is more efficient than the BEM, and it is fairly accurate.     

轴向运动小垂度索动力响应

基于轴向运动小垂度索三维动力模型与波传播概念，求得一般边界条件下索横向振动的精确解。在频域中得到解的表达式，并对解进行了波传播解释。该解释在索振动波动控制中对控制器的设计起到重要作用。数值仿真说明了索的垂度对其响应与波传播的影响。     

荷载列作用下简支曲线梁的动力响应

用积分变换法求解了荷载列作用下简支曲线梁桥动力响应的解析解 .在讨论过程中将单轴、两轴和四轴三种荷载列模型用一标准荷载列模型来表示 ,使得荷载模型更具有普遍性 .在讨论过程中均采用标准函数 ,从而避免了公式推导过程中的不确定因素 .最后按本文所给出的计算方法编制了计算简支曲线梁在荷载列作用下的动力响应程序 ,得到了较好的结果     

Application of method of fundamental solutions in solving potential flow problems for ship motion prediction

A novel panel-free approach based on the method of fundamental solutions (MFS) is proposed to solve the potential flow for predicting ship motion responses in the frequency domain according to strip theory. Compared with the conventional boundary element method (BEM), MFS is a desingularized, panel-free and integration-free approach. As a result, it is mathematically simple and easy for programming. The velocity potential is described by radial basis function (RBF) approximations and any degree of continuity of the velocity potential gradient can be obtained. Desingularization is achieved through collating singularities on a pseudo boundary outside the real fluid domain. Practical implementation and numerical characteristics of the MFS for solving the potential flow problem concerning ship hydrodynamics are elaborated through the computation of a 2D rectangular section. Then, the current method is further integrated with frequency domain strip theory to predict the heave and pitch responses of a containership and a very large crude carrier (VLCC) in regular head waves. The results of both ships agree well with the 3D frequency domain panel method and experimental data. Thus, the correctness and usefulness of the proposed approach are proved. We hope that this paper will serve as a motivation for other researchers to apply the MFS to various challenging problems in the field of ship hydrodynamics.     

轨道动力学模型与数值方法研究进展

随着列车速度的提高和轴重的增加,车辆与轨道之间的相互作用更加激烈.深入开展轮轨动态作用机理研究,对高速重载铁路安全平稳运行具有重要意义.文章回顾了轨道动力学模型的研究进展,重点介绍了五种轨道动力学模型及算法,即车辆-轨道-路基非线性耦合系统交叉迭代算法,新型车辆单元和轨道单元模型,列车轨道系统动态分析的移动单元法,移动...     

结构随机振动有限元/边界元法声学数值仿真

建立了结构振动的有限元模型和声学分析的边界元模型,基于边界元法推导了声学响应函数的计算公式,利用声学响应函数和激励谱密度推导了设计域点响应声压的自谱密度函数.以平板稳态振动声辐射为研究算例,计算了1~200 Hz的声学频率响应函数,并计算了系统受常谱密度和变谱密度随机载荷激励的声学响应.理论推导和实例结果表明,基于边界元法的声学响应函数可有效的求解随机声场.     

路面随机不平度下车辆对路面的动载特性

采用快速傅立叶逆变换法对路面随机不平度进行时域模拟,建立二分之一车辆动力学模型,应用龙格-库塔法分析了路面等级、车速、载质量和车辆参数对路面动载荷的影响,研究了车辆产生的动载荷规律。仿真结果表明:车辆动载随着路面不平度的增大而明显增大;车辆动载和动载系数随着车速的提高而增大,且在固有频率附近会出现峰值;载质量的增加虽导致动载系数降低,但动载增大,故应严格限制超载现象;增大轮胎刚度和减小悬架阻尼都会引起车辆动载与动载系数的增大,因此,应限制高压轮胎的使用和选择合理的车辆阻尼参数。