基于移动荷载过桥的轨道交通桥梁振动研究

应用振型分解法,对移动荷载通过轨道交通桥梁时的动力响应进行理论分析,得出轨道交通车辆过桥时共振和振动相消的公式。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与车辆长度之比时,会发生共振。为避免桥梁共振,设计时应满足第一阶竖向自振频率大于车辆最大速度与车辆长度的比值。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与两倍桥梁跨长之比的奇数倍时,轴重在桥上引起的自由振动和轴重离开桥梁后桥梁的自由振动相互抵消,桥梁振动最小。     

高速列车车体与动力包设备耦合振动分析

为研究车体与动力包结构耦合振动特性,计算车体固有模态以及低阶振型,建立了包含车下吊挂动力包的城轨车辆刚柔耦合振动模型,优化分析了动力包结构吊挂参数对车体振动特性的影响。计算结果表明:车体一阶弯曲频率对车辆垂向性能的影响要大于二阶弯曲频率。将动力包的振动以周期激励形式输入模型,当激振频率达到9.5 Hz和16.5 Hz时分别与车体的一阶和二阶弯曲频率相叠加,在此频率下车体的平稳性指标迅速恶化,因此在车辆设计过程中应尽量避免发生该频率下共振。     

车轮滚动及轨道板激励与车辆固有频率匹配分析

为研究车轮滚动及轨道板激励与车辆固有频率匹配关系,首先对某动车车体进行静态台架模态试验,识别车体固有模态参数;然后在某线路上测试车体振动加速度,识别车体在各互功率谱峰值处ODS变形。通过理论计算车轮滚动频率与某高阶变形频率接近,该频率下车体变形为车轮滚动激励所导致;在速度250km/h,轨道板激励频率与车体1阶垂弯频率接近,车体1阶垂弯变形被轨道板激励频率激发,车体能量较大,垂弯振动较为剧烈,车体中部和转向架上方地板振动较大。轨道板激励导致车体强迫共振。     

基于遗传算法的轨道车辆参数优化设计

在某一速度下,轨道车辆转向架的蛇行运动频率将和车体相关振动的固有频率接近而发生耦合共振,影响车辆的横向平稳性。为降低这种耦合共振的程度,选取变换后的欧几里得贴近度作为车体模态相似性评价指标,选取车体蛇行运动稳定性作为模型的控制条件,采用遗传算法对二系悬挂进行最优化设计。结果显示,在其他参数不变的情况下,采用遗传算法可以寻得耦合度最小的二系悬挂参数值。耦合度越小,模态频率曲线线性程度越强,模态间的频率俘获现象越不明显,模态间的相互影响越小;耦合度越小,模态的阻尼比变化越平缓,车体摇头或车体上下心滚摆振动模态的阻尼比越大。     

轨道交通车辆模态参数辨识方法研究

运用子空间辨识数值算法直接辨识出轨道交通车辆动力学系统的状态方程,对系统矩阵进行特征值分解后获得模态频率和阻尼比,运用稳态图来确定系统的物理极点,最后获得所识别系统的模态参数。利用此法,对轨道交通车辆垂向仿真模型进行了模态参数辨识研究。研究结果表明:如以轨道不平顺作为车辆输入、以车体和构架的位移响应作为系统输出进行辨识,则即使在噪声信号较大时,仍能获得良好的识别效果;运用仿真模型的加速度输出信号进行辨识时,车辆模态参数的识别精度受噪声影响很大;当噪声信号为原信号的5%时,以构架加速度作为输入、车体振动响应作为输出,仍能有效地识别车体的模态参数。     

高速列车高频激振试验台对试验室厂房的振动影响分析

为评估某试验室新建高速列车转向架激振试验台对试验厂房的振动影响，基于车辆-轨道耦合系统动力学模型，计算钢轨波磨不平顺作用下轮轨垂向高频激振荷载，并将其作用于Abaqus基础-地基-厂房有限元动力仿真模型，分析高频激振试验台对试验厂房的振动影响。结果表明：车辆最高模拟速度500 km/h下，受轨道不平顺激扰将产生轮轨高频激振荷载，最高荷载频率1 200 Hz,荷载峰值为213.9 kN;试验台振动影响范围在地面大致集中于以激振台为中心，半径为10 m的“圆形”区域，在深度方向上集中于深度约15 m的“倒梯形”区域；厂房柱下独立基础最大竖向动位移幅值为0.032 mm,最大加速度幅值为32.8 cm/s²,屋架与厂柱连接薄弱处最大振动速度幅值为0.585 mm/s,地面水平方向的振动速度幅值小于2 mm/s,振动指标均小于建筑安全及工作舒适性的幅值控制标准，表明高频激振试验台工作时试验室厂房振动符合要求。     

高速列车车体模态贡献量对振动的影响分析

为找出高速列车车体主要模态对车辆振动的影响规律,引入BGCI向量法对车体模态贡献量进行计算。建立某高速列车刚柔耦合模型,采用随机子空间法对车辆工作模态参数进行识别,通过模态置信判据MAC对主要模态进行判定,计算在不同运行速度下车体的模态贡献量。结果表明,车体刚体模态贡献量随列车运行速度增加逐渐减小,当列车运行速度低于120km/h时,车辆刚体模态贡献量大于弹性模态,速度高于120km/h时反之。当列车速度大于80km/h时,车体的菱形模态、垂向弯曲模态、扭转模态对车体振动贡献值逐渐增大(最大为0.035m/s2),弹性模态对振动贡献量明显增加。本文研究的模态贡献量与车辆振动关系可以为车辆振动控制提供理论支撑。     

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。     

激振作用下坠落式危岩振动特性试验研究

根据坠落式危岩与基岩的接触模式,设计4个主结构面贯通率分别为25%,40%,55%和70%的坠落式危岩试验模型,采用不同大小及不同方向的激振力对基岩进行激振,研究激振作用下不同贯通率坠落式危岩振动特性。研究表明:同一激振方式下,主结构面的贯通率越大,危岩与基岩的接触稳固性越差,危岩与基岩的振动差异越大,危岩的振动响应更明显且振动的衰减越慢;随着贯通率的增大,危岩的卓越频率和阻尼比减小,危岩与基岩的RMS加速度振幅比增大;当主结构面贯通率从25%增大到70%时,危岩的卓越频率从375Hz减小到89Hz,减小了76.3%,危岩与基岩的RMS加速度振幅比从2.0增大到6.9,增大了2.45倍,阻尼比从0.081减小到0.049,减小了39.5%,贯通率对危岩的卓越频率和危岩与基岩的RMS加速度振幅比影响较大,对阻尼比的影响次之;在本试验激振力范围内,不同激振方式下,同一贯通率危岩的卓越频率、阻尼比以及危岩与基岩的RMS加速度振幅比的变化较小。     

激振和循环加载下浮置板轨道动力参数试验研究

在浮置板轨道结构的设计、施工、使用中,需要通过试验测试其动力参数.通过对钢弹簧浮置板轨道结构进行激振测试和循环加载测试,得到了不同试验方法下浮置板轨道结构的自振频率、刚度和阻尼比等动力参数,并分析了不同试验方法的适用性.结果 表明:循环加载的低频动刚度与逐级加载的静刚度一致性较好;锤击和落轴的激振荷载均可准确地测得浮置板轨道结构的自振频率;激振和循环加载均可测得浮置板阻尼比.与循环加载相比,激振测试的操作更简便,但其阻尼比受波形峰值间隔的影响较大.建议取3～4个相邻振动峰值时的试验结果,此时激振测试下的阻尼比与循环加载下的阻尼比一致.     

桥墩高度对群桩承台系统动刚度的影响分析

对于服役桥梁,测试群桩承台桥墩系统的动刚度可以了解其健康状态,并可以作为推算静刚度及承载性能的依据。而当采用动刚度作为评估指标时,激振点和拾振点的选取应具备合理性,且不应忽视桥墩高度对动刚度值的影响。为分析上述问题,本文建立了三维动力有限元模型,施加瞬态激励以分析系统的竖向动刚度值,并考虑了激振点位于承台上和桥墩顶部2种情况。计算结果表明:2种激振点位情况下,在2.5 Hz频率下系统动刚度受桥墩高度变化影响小,计算结果稳定;当激振点位于承台上时,由于激振点和拾振点均不在结构对称中心上,因此当频率较高时(20 Hz左右),系统动刚度会受到自身模态的影响而发生阶跃式突变;当激振点位于墩顶中心时,随着桥墩高度的增加,在20 Hz频率下的系统动刚度降低。     

移动车辆荷载下的桥梁动态响应分析

针对移动车辆荷载作用下的桥梁强迫振动的问题,借助ANSYS有限元软件,编制APDL命令流对混凝土箱梁进行计算。在模态分析得到桥梁固有频率的基础上,将移动车辆荷载简化为简谐作用力输入,对比分析了车辆速度和车辆振动频率对桥梁振动的影响。     

高速铁路桥梁动力设计参数研究

本文介绍了高速铁路行车速度对桥梁动力响应的影响，给出了同类型车辆过桥时的桥梁共振速度，并按一定条件计算了各种跨度简支梁在具有不同自振频率的动力系数值；文中也讨论车辆振动，车辆动力参数及轨道不平顺等参数对高速铁路桥梁的振动的影响；     

经验小波变换在桥梁模态参数识别中的应用

针对桥梁结构模态密集、测试信号噪声强度高等特点,为在时频域内识别桥梁结构的模态参数,引入最新的经验小波变换,提出了一种基于经验小波变换的桥梁结构模态参数识别方法,以仿真信号验证了该方法在信号分解上的有效性。结合某曲线斜拉桥模型试验动力测试数据,识别了该模型桥梁前六阶竖向自振频率和前四阶横向自振频率,结果表明:该方法能对桥梁测试信号有效分解,各分量之间不存在模态混叠,并能正确识别出桥梁结构的模态参数,为该领域的研究提供了新思路。     

基于实测应变的时域模态参与因子识别研究

提出一种基于优化结构表面应变测点实现结构振动模态参与因子的时域识别方法,该方法针对激励频率接近或高于结构基频的复杂结构振动响应测试问题,通过有限元模态分析,选择合适的应变测点数,利用D优化设计理论在适宜测试候选区内优化最佳测点位置和方向,结合优化测点组的模态应变矩阵,运用最小二乘法估计结构振动模态参与因子,由模态叠加基本原理,得到结构整体应变响应。通过悬臂梁试件激振扫频试验验证了本方法的可行性。对高速列车某型齿轮箱箱体加15%幅值误差的仿真动态应变进行模态参与因子估计,模态参与量总和为98.9%的三阶模态参与因子估计的RMS误差最大为3.66%,箱体的模态参与因子识别效果较好。     

节段模型弹性悬挂系统的阻尼非线性对涡激力模型参数识别结果的影响

通过耗能相等的原理给出系统等效阻尼比的表达式,分析节段模型弹性悬挂系统固有阻尼比的振幅依赖性对涡激力参数识别的影响.以Scanlan非线性涡激力模型为例,通过求解弹性悬挂系统的非线性运动方程得到节段模型涡振振幅随时间的变化曲线,并进一步说明考虑阻尼比振幅依赖性下的涡激力参数识别方法.在考虑节段模型阻尼比随振幅线性变化的情况下分别识别一种具有Rayleigh形式的非线性涡激力模型参数和Scanlan非线性涡激力参数,并将两者的识别结果进行对比.最后说明节段模型阻尼比的测量误差对非线性涡激力识别结果的影响.研究结果表明:节段模型悬挂系统的涡振幅值同时受到气动参数和系统非线性阻尼比的影响,气动力参数可以通过测振试验来识别;Rayleigh型非线性涡激力模型与Scanlan非线性涡激力模型之间在涡振振幅稳定时存在明显的差异,但这种差异不会影响涡振位移响应预测;考虑结构固有阻尼比的振幅依赖性之后,阻尼比的识别误差对涡激力参数识别结果的影响会相应减小.     

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。     

基于长期监测的车-桥共振分析

以沪昆下行线湘潭湘江特大桥长期监测数据为基础,研究了桥梁应力、振动与客车通行速度的相关性,重点分析了特定速度下的车-桥共振特性。研究结果表明:桥梁横向和竖向均存在明显的共振现象;应力幅值与客车通行速度散点图为单峰形状,客车运行速度在20～40 km/h时应力幅值较大;动力系数随运行速度的增加而增大,但小于安全限值;客车运行速度为35 km/h和50 km/h时,客车的激励频率与桥梁横向1阶自振频率接近,桥梁易发生横向共振,导致桥梁横向振动响应较大,竖向振动幅值随列车运行速度的增加而增大;当客车以25 km/h通过桥梁时,客车激励频率与竖向1阶自振频率接近,桥梁易发生竖向共振,但其竖向振动不明显,应力响应较为显著。建议车辆应尽量避开以上速度通过该桥。     

波形钢腹板组合梁桥振动特性测试与分析

以波形钢腹板组合梁桥为研究对象,采用跳车激励法对其进行了振动特性试验,根据桥梁结构的时域波形,频谱图和功率谱图,得出了其自振频率、阻尼比、振型等振动参数。利用有限元理论对结构整体进行动力特性计算,分析了结构的前20阶的自振频率和振型。对比实测和理论计算结果表明,波形钢腹板组合箱梁桥的实测自振频率、振型和计算值吻合较好。     

地铁车辆轮轨耦合振动特性研究

轮轨耦合振动模态是系统固有属性,掌握轮轨间的耦合振动特征对减少车轮不圆磨耗和钢轨波磨有必然性和现实性。文章建立了详细的地铁车辆轨道耦合动力学模型,利用扫频分析方法,研究了车辆和轨道参数对轮轨耦合振动特性的影响。结果表明,车辆和轨道间的轮轨耦合振动主要表现为轮轨间P2耦合振动和由转向架轮对间钢轨局部变形引起的高频轮轨耦合振动,如轮对间钢轨的1阶、2阶和3阶弯曲振动等。轮轨P2耦合共振频率主要在30～100 Hz,钢轨受扣件刚度和簧下质量影响最为显著,随着扣件刚度的增加,轮轨P2耦合共振幅值和频率均增加。钢轨“Pinned-Pinned”振动和转向架轮对间钢轨的3阶弯曲模态是影响轮轨高频耦合振动的主要因素。当振动频率小于1 000 Hz时,轮对间钢轨的3阶弯曲是轮轨高频振动的主要驱动力,其主要受轴距、扣件阻尼和轨枕间距影响较为显著。