双线铁路箱梁施工阶段跨中截面应力的有限元分析

在双线高速铁路建设中，广泛采用整体箱型梁结构形式。本文采用弹性力学有限元方法。建立了8节点六面体等参数单元的三维应力分析有限元模型。结合双线铁路预应力混凝土简支箱梁的施工，利用SAP90通用结构有限元分析程序，建立了整体箱梁三维实体单元模型，通过梁单元施加预应力荷载效应。箱梁采用后张法施工工艺，分别以预应力初张拉阶段、预应力终张拉完成、二期恒载作用为分析荷载工况，计算了箱梁跨中截面应力，给出在施工过程中箱梁跨中截面的应力随预应力张拉的变化及分布情况。通过有限元分析结果与铁路桥涵设计规范的比较得出，该箱梁结构设计合理，施工方案可行。本文所采用的分析方法和结论对于双线铁路箱粱的设计与施工有一定的借鉴意义。     

铁路客车车体结构振动模态提升研究

文章以某型铁路客车钢结构车体为例,建立了详细的车体结构有限元力学模型,研究了车体侧墙纵向梁结构、底架边梁结构、侧墙上弦梁结构,以及底架裙板结构对车体结构主要振动模态指标的影响;在此基础上,分析了侧墙立柱和车顶弯梁组成的圈梁结构对车体结构振动模态的影响。研究结果表明:提高车体底架边梁和侧墙上弦梁的刚度,如抗弯截面模量,可以在一定程度上提升主要振动模态指标;底架裙板对车体主要振动模态有较大影响;侧墙纵向梁以及圈梁方案对车体主要振动模态指标的影响有限。     

青岛地铁13号线连续U梁设计研究

以青岛地铁人民路节点桥连续U梁设计为依托,对现有常规连续U梁截面进行优化。利用BSAS程序,对2种不同截面的连续U梁通过平面杆系模型进行计算对比,得出2种截面下全桥的变形和受力分析。在Midas中建立有限元实体模型,对优化截面连续U梁计算结果进行复核对比,对今后轨道交通中连续U梁结构设计提供参考,并对结构的优化设计提出建议。     

考虑加劲肋的悬挂式单轨轨道梁挠度研究

为研究悬挂式单轨轨道梁的加劲肋对其整体挠度的影响,建立了静活载作用下超静定变截面梁的力学模型,以模拟其变刚度条件下的弯曲变形,并推导出轨道梁任意截面的转角和弯曲挠度变形的一般方程。应用Matlab软件编程实现了梁最大挠度的计算机求解,并根据求解结果对悬挂式单轨轨道梁进行了初步的结构优化设计探讨。     

盾构隧道非均质等效梁模型的建立与分析

盾构隧道管片设计力学模型有均质圆环模型、多铰圆环模型、梁-弹簧模型等.在分析上述力学模型基础上,从管片接头截面力学性质出发,提出一种盾构隧道力学分析方法,建立非均质等效梁模型,即接头处单元与非接头处单元均采用等效参数不同的梁单元模拟,并从理论上推导接头处梁单元高度、宽度、弹性模量等截面性质等效参数解析式.根据现场试验数据,采用正交试验反演分析截面性质等效参数,验证理论解析式的有效性,得到一定条件下截面性质等效参数.将该模型内力结果与现场试验结果及梁-弹簧模型结果进行对比得出:非均质等效梁模型控制性截面内力值比现场试验值偏于安全,其安全系数介于现场试验值与梁-弹簧模型之间.结果表明:该模型可使管片接头力学性质更直观、明确,可在工程中推广应用.     

车体一阶垂向弯曲频率解析分析

基于Timoshenko梁的振动理论,结合车体结构自身的特点,建立了车体结构一阶垂向弯曲频率的解析计算方法。通过引入截面有效剪切系数的概念,结合截面剪切形状系数,一起考虑车体闭合截面的剪切对固有频率的影响,引入车体垂向形心变异系数对一阶垂向弯曲频率解析式进行修正。利用有限元法和车体模态试验对该解析方法进行了验证。结果显示,车体一阶垂向弯曲频率解析值与有限元结果的误差为2.8%,与试验结果的误差为1.7%,车体垂向形心变异系数对一阶垂向弯曲频率影响最大。     

榫卯式连接钢框架节点承载力性能研究

提出了一种新型钢结构梁柱连接节点——方钢管榫卯节点。对由该节点连接的钢框架结构进行了静力载荷试验,得到梁跨中和端部节点荷载-位移曲线,以及框架不同部位荷载和应变图,分析了试验的结果;并根据试验模型进行了计算机非线性有限元分析,分析了节点处构件不同截面尺寸对节点承载力的影响。提出了方钢管榫卯节点承载力的计算公式,并将它与试验结果进行了比较,比较接近。试验表明:这种新型榫卯节点承载力高,从设计原则看是可行的。     

钢板拉伸-弯曲式大行程吸能装置研究及优化

提出一种新型大缓冲行程吸能装置,该结构利用金属吸能板在冲击作用下产生重复弯曲-拉伸塑性变形吸收冲击动能,具有远大于其自有长度的变形行程.首先开展吸能结构样机落锤冲击试验,研究在冲击载荷下的力学特性.结果表明,吸能结构整个冲击过程稳定可控,初始峰值力为21.88 kN,稳定变形力为10 kN.随后建立有限元模型,经比较仿真结果与试验误差在10％范围内,充分证明了有限元模型的有效性.通过有限元仿真分析吸能装置的变形特性,以及钢板厚度和宽度,导轮半径和导轮数量对其吸能特性的影响.最终得出随着结构的板厚,板宽度,导轮数量的增加以及导轮半径的减小,装置的撞击力和吸能量均呈增加趋势.     

货车日字形焊接构架扭转刚度研究

将货车转向架日字形焊接构架简化为等截面直梁组成的模型,通过考察各梁在扭转载荷下的变形分布,研究降低构架扭转刚度的措施,并采用有限元方法对理论分析结果进行了验证.计算表明将鱼腹形端梁变为平直形端梁后,构架扭转刚度降低0.38%;降低侧、横梁中央截面高度后,构架扭转刚度降低8.4%;随着侧梁上盖板和横梁下盖板开槽宽度的增加,构架扭转刚度呈线性下降趋势.分析结果表明构架端梁的结构型式对构架扭转刚度影响不大;构架侧梁上盖板开槽虽能降低构架扭转刚度,但将引起局部区域较强的应力集中;横梁弯曲、扭转刚度对转向架构架扭转刚度有较大影响,将横梁截面由闭口变为开口能够显著降低构架扭转刚度.     

有限元软件梁杆单元局部坐标系的简化确定方法

有限元软件(如SAP2000、ETABS、Midas等)的梁杆单元在工程结构设计和理论分析中有着广泛的应用。对于复杂三维空间结构,需要确定梁杆单元局部坐标系以定义单元截面几何特性、输入单元荷载、处理软件输出的结构内力和变形等结果。上述软件中,确定梁杆单元最终局部坐标系涉及三维坐标转换问题,传统的方法是基于泰勒级数展开的线性模型转换方法和基于罗德里格矩阵的三维坐标转换方法等,以上计算方法涉及繁琐的矩阵变换和计算,不利于理解和应用。在现有传统方法基础上,简化了旋转矩阵的确定过程,建立了最终局部坐标系在整体坐标系中的简化确定方法。简化方法无传统方法对旋转角和精度的限制。验算结果表明,与基于罗德里格矩阵的三维坐标转换方法相比,简化方法是正确和有效的。