基于全过程迭代的车桥耦合动力系统分析方法

以刚体动力学方法建立车辆子系统方程,以有限元法建立桥梁子系统方程,以竖向轮轨密贴假定和横向简化的Kalker理论定义轮轨接触关系,以轨道不平顺作为激励,采用全过程迭代法求解车桥耦合系统动力平衡方程.先假定桥梁子系统无变形求解车辆方程,得到车辆运动状态和轮轨作用力时程;将得到的轮轨力作用于桥梁,计算桥梁子系统的运动状态;叠加桥面运动时程和轨道不平顺,形成新的车辆轮对激励;进行下一步迭代,直至前后2次迭代中计算的轮轨力满足收敛条件.此方法可避免时间步内车桥两子系统间的迭代过程,较易通过人为干预迭代过程促进计算收敛,提高车桥耦合动力分析的计算效率.应用此方法和传统时间步内迭代法对30 t轴重货车通过跨度(70+3×120+70)m连续刚构桥的车桥耦合动力系统分析结果表明,此方法的计算效率较传统时间步内迭代方法高,方程求解次数仅为传统时间步内迭代方法的44％.     

铁路简支梁桥减隔震支座设计参数的优化研究

运用结构最优化理论建立了考虑地震时车辆运行安全性的铁路简支梁桥减隔震体系优化设计模型,采用ANSYS中的一阶优化方法,在优化过程中考虑结构Rayleigh阻尼系数的变化对减隔震体系的影响及土和基础的相互作用,实现了对铅芯橡胶支座动力设计参数的优化设计.通过计算分析,得出了铅芯橡胶支座动力参数对桥梁地震响应的影响规律：在应用LRB对不同场地条件下的铁路简支梁桥进行减隔震设计时,屈服后刚度与屈服前刚度比α对结构地震响应有重要影响.因此,可以采用改变屈服后刚度与屈服前刚度比α的简化设计方法,满足桥梁地震响应的要求.为了提高系统的优化效率,在进行减隔震支座优化时,行车安全性的约束可以在优化过程外考虑,即在支座参数优化解确定后,再进行车辆地震输入谱密度强度SI值的验算.     

边界条件对比例车体模态参数的影响

边界条件是结构进行模态分析的基础,不同的边界条件施加方式通过改变结构刚度影响结构模态参数。首先通过理论推导计算模态分析和试验模态分析的基本原理,然后对比例车体有限元模型建立5种可行的边界约束条件,计算分析知弹簧悬挂时比例车体前30阶固有频率与自由模态最大误差为0.02346%,边界条件4和边界条件5时固有频率最大误差分别为25.3386%和10.2383%,在试验模态中可用弹性悬挂模拟结构自由模态。对弹簧悬挂、弹簧杆悬挂和空簧支撑3种不同边界条件下的比例车体进行锤击模态试验分析,得出第3阶垂弯频率最大误差分别为2.545%、2.961%和4.812%,均小于误差允许值5%;利用模态判定准则(MAC矩阵)判定试验模态中结构固有频率的相关性,验证了边界条件对比例车体模态参数的影响。     

考虑制动条件的高速列车—轨道—桥梁系统动力响应分析

以CRH2型动车组制动通过铺设无缝线路的10跨简支梁桥为例,运用刚体动力学建立车辆模型,以空间梁单元模拟轨道和桥梁结构,非线性弹簧模拟线路纵向阻力,根据高速列车制动的特点确定列车制动力、轮轨密贴假定求解轮轨力,通过系统间全过程迭代求解系统方程,进行高速列车制动时车辆—轨道—桥梁系统动力响应分析。结果表明,在列车停车瞬间由于制动力的突然消失,车辆、轨道和桥梁结构的纵向均会出现最大振动;桥梁中间墩墩底截面的最大弯矩约为1 800kN.m,小于按我国桥涵设计规范中列车制动附加力静力计算方法得到的最大弯矩4 000kN.m,说明按规范中的静力计算方法计算的高速列车制动力有一定的冗余度。     

基于附加参数的跨海高程传递研究

本文研究了一种基于附加参数的GPS水准测量和重力大地水准拟合测量方法,实现跨越海域的长距离高程基准传递。该方法结合EGM2008地球重力模型和GPS椭球高,确定陆地与岛屿之间的高程基准差异,拟合函数为多项式曲面。在常规方程中采用不同正则化参数的迭代算法,求解病态矩阵,并估计附加参数的精度。通过两桥之间的实际数据验证了该方法的可行性,并获得高程基准参数和似大地水准面模型,实现了长距离高程基准的传递。将计算值与已知值进行比较,结果表明,高差值的不一致性较小。不管有多少差异,都可以精确计算,计算高程的精度可以满足工程要求。因此,该方法可以应用于实际工程中。     

基于均匀设计与神经网络的桥梁设计参数优化

为了建立桥梁设计参数与桥梁性能之间的映射关系并对桥梁设计参数进行优化,提出一种基于均匀设计与神经网络的方法;以桥梁跨中截面的挠度、全桥最大应力、混凝土用量作为优化目标;边中跨比、跨中梁高、墩顶梁高和梁底曲线次数作为主要结构设计参数进行优化。通过均匀试验设计方法得出优化设计的样本数据,通过BP神经网络训练样本数据,建立桥梁参数与桥梁性能之间的映射关系,并基于该映射计算出桥梁最优性能状态下对应的设计参数,最后完成参数优化。     

面向节能的高速列车追踪控制方案研究

提出一种基于改进人工蜂群算法的高速列车节能优化方法.通过对高速列车进行受力分析,以牵引计算理论中的运动学方程为支撑,结合列车属性和线路条件建立以列车运行能耗最小的数学模型.决策变量为列车工况以及相对应的工况改变点.针对模型设计基于交叉操作的全局人工蜂群算法,并设计了简单遗传算法作为比较.在此基础上,以前车对后车的限速作为约束,在移动闭塞模式下建立了追踪列车模型.在单列车求解的基础上设计了一种求解追踪列车工况的迭代算法.最后以设计的算例对本文模型及算法进行验证,结果表明所设计模型和算法能够在满足列车安全、准时、到站的条件下实现列车节能优化.     

用参数识别技术进行桥梁结构损伤识别

以有限元为工具,把桥梁结构模型中各单元的等效面积、惯性矩以及板壳单元的厚度作为识别参数,建立识别参数对于各种量测的灵敏度矩阵。测取结构某些部位的位移与应变,以此为基准与原先结构的分析结果进行比较,建立综合误差向量。通过优化方法调整当前计算模型的参数,使结构响应与相应的试验值最大程度地吻合,从而得到结构参数变化的信息。以此为基础实现桥梁结构的损伤判别。     

铁道车辆缓冲器弹性胶泥粘弹性参数的数值反演

研究弹性胶泥的基本物理参数。提出以弹性胶泥简单的静压试验和动力试验反演复杂的三维粘弹性本构参数的数值方法。依据弹性胶泥松弛模量的物理意义,建立三维粘弹性本构模型。依据静压试验的静压力和观测点位移试验数据,建立以弹性有限元为基础的弹性位移反演模型,优化求解该模型可得到泊松比、杨氏模量。根据弹性力学本构关系的基本原理,通过泊松比、杨氏模量可得到粘弹性模型所需要的剪切平衡模量和体积平衡模量。依据动力试验的激振力和观测点位移的时程曲线,建立以粘弹性大变形动力有限元为基础的粘弹性参数反演模型,利用改进的遗传算法对其余和时间相关的粘弹性参数进行优化求解。以重载货车用新型胶泥缓冲器为实例,对弹性胶泥的基本粘弹性参数进行数值反演。反演结果和试验结果吻合较好。     

随机有限元法在桥梁地震随机响应分析中的应用

结构参数和地震激励的随机性是桥梁抗震分析中较为重要的问题。对于具有随机参数的大跨度桥梁的随机地震响应,可按局部平均理论和空间杆系分离随机场模型来离散和建立有限元模型,并利用矩阵正交化技术减少计算量,然后求解随机有限元零阶、一阶和二阶递推方程组,即可求出具有二阶精度的均值和具有一阶精度方差的结构响应。运用程序开发工具C++Builder编制了相应的计算程序,用Monte Carlo方法检验了程序的有效性和正确性,并计算了具有随机参数的高墩大跨连续刚构桥梁在随机地震激励下的动力响应。     

大地电磁约束反演在隧道勘探中的研究

研究目的:首先在OCCAM反演方法基本原理研究基础上,对OCCAM的目标函数进行修改,加入约束反演项,提出电性参数约束反演的概念,并进行电性参数约束反演模块的开发,最终提高大地电磁方法在长大隧道勘探中的分辨能力。研究结论:对比模型的常规反演和电性参数约束结果发现,利用先验信息的约束反演成像效果明显优于常规反演方法;将此方法应用到实际资料处理中,对比渝利线方斗山隧道电性参数约束反演前后结果,约束反演结果对褶皱、断层、岩溶等地质构造的反映更符合实际。     

城市轨道交通高架桥无缝钢轨的抗震作用

从轨道桥梁的抗震结构体系入手建立城市轨道交通全桥三维模型,准确模拟两个最重要的边界条件:一是钢轨在轨道桥梁抗震中的作用;二是在罕遇地震下的桩土相互作用,引进美国工程界比较流行的P-Y曲线法。深入分析了无缝轨道在轨道交通高架桥梁抗震的作用,结果表明顺桥向钢轨对桥梁有明显的约束作用,造成墩顶位移的减小。在城市轨道桥梁建模分析中,应该包括钢轨对整体结构的影响,并将钢轨向两侧延长。     

双索悬索桥结构参数对自振特性的影响分析

引入只受拉三维拉索单元,采用考虑几何非线性的子空间迭代法对黄河大峡水库下游某双索悬索桥自振特性进行分析,理论值与实测值能较好的吻合,说明该空间非线性有限元分析方法的正确性;进而将该桥与相同跨径和结构参数的单索悬索桥的自振频率、振型进行对比分析,结果表明双索悬索桥能有效提高桥梁一阶竖弯振动频率。最后,讨论恒载集度、加劲梁刚度、矢跨比等结构参数变化对双索悬索桥自振特性的影响,为双索悬索桥结构设计理论提供了动力性能方面的依据。     

速度锁定器在桥梁抗震中的有限元模拟

为准确模拟新型抗震支座—速度锁定器在桥梁结构受地震荷载作用时的影响,以某连续刚构桥2×50 m+60 m+2×120 m+60 m为背景,采用专业有限元软件Midas Civil进行时程分析计算,采用黏滞阻尼器(方法 A)、弹性约束(一般)方式(方法 B)以及弹性约束(折线型)方式(方法 C)三种简化方式模拟速度锁定器的作用。结果表明:速度锁定器通过将交接墩与刚构墩联动而减小整体位移,有利于改善桥梁结构在地震作用时的纵桥向内力分布;采用的计算方法简洁高效,并确定在使用方法 C时需将刚构墩处的内力结果放大1.06倍。     

基于列车动力响应的铁路桥梁损伤诊断方法

以桥梁单元的刚度下降率作为损伤指数,通过列车—桥梁耦合振动理论计算列车动力响应对桥梁损伤指数的灵敏度,并构建立灵敏度矩阵和建灵敏度方程,利用约束优化方法求解灵敏度方程得到各单元的损伤指数,实现对桥梁损伤的诊断。应用该方法对1座简支梁桥进行损伤诊断的结果表明:该方法对轨道不平顺不敏感;利用列车车体和转向架的加速度、速度和位移响应均能对桥梁进行准确的损伤诊断,但这3种响应信号中的位移响应最难测量,而且相对于转向架而言,在车体上更容易布置传感器,因此建议优先选用车体加速度和速度响应作为桥梁损伤诊断的输入;该方法既能诊断桥梁单一位置的损伤,也能识别桥梁多个位置的损伤。     

铁路桥梁钢筋混凝土构件抗弯可靠度研究

研究钢筋混凝土铁路桥梁受弯构件可靠指标,讨论可靠指标随配筋率以及恒荷载与活荷载标准值比值的变化;确定受弯构件可靠指标的范围。基于现行铁路混凝土桥梁规范的容许应力法,得到钢筋混凝土桥梁受弯构件抗力的统计参数,计算表明钢筋混凝土铁路桥梁的可靠指标为5.8～6.5。     

杭州湾大桥北航道桥结构优化研究

应用三维空间有限元模型,进行斜拉桥结构优化设计。利用有限元法进行结构分析,求出优化所需的状态变量,挠度、应力和频率。综合考虑设计变量、状态变量和目标函数的联系,应用混合罚函数建立优化模型。运用一阶优化计算方法和引入灵敏度分析进行算法优化,使结构在应力、变形和频率等约束条件下达到最小造价。以通用有限元软件ANSYS作为平台,编制相应程序,综合考虑斜拉桥结构静力性能和动力性能,用两种不同方案对杭州湾大桥北航道桥主桥进行结构优化设计,使全桥造价分别降低9 1%和5 5%。     

预应力混凝土桥梁施工控制结构分析计算方法

结合某预应力混凝土桥梁施工预拱度的求解问题,阐述了分阶段施工法中立模标高的计算原理及正装计算与倒装计算二者之间的关系,分析了与施工控制预拱度相关的影响因素,并根据预应力混凝土桥梁分阶段施工时的施工过程及特点,综合考虑施工过程中各种因素(包括新梁段的浇筑、预应力筋的张拉、混凝土的收缩徐变等)的影响,建立计算模型,运用有限元软件Midas和桥梁博士,采用正装和倒装分析方法计算出各施工阶段的挠度,进而得出各悬浇段的预拱度,为施工控制提供依据。     

材料参数对高速铁路连续梁桥地震易损性分析的影响研究

中等跨径的预应力混凝土连续梁广泛应用于高速铁路,以往震害及实验都表明该类桥型在地震下的破坏集中在桥墩和支座位置。为了研究材料参数对高速铁路连续梁桥地震易损性的影响,采用IDA方法,利用有限元软件Open Sees建立地震易损性分析模型。定义4种破坏极限状态,基于对数正太分布假设绘制各个破坏状态对应的易损性曲线。通过更改材料参数得到新的计算模型,并通过对比易损性计算结果来评价材料参数对桥梁抗震性能的影响。结果表明,高速铁路连续梁桥桥墩配箍率较低,提高桥墩混凝土强度等级对桥梁抗震性能改善较大。     

车桥系统空间非平稳随机分析

采用虚拟激励法将轨道高低、方向和左右轨高差不平顺转化为一系列简谐荷载,将非平稳振动分析转化为确定性的时间历程分析,进行三维车桥系统空间非平稳随机分析。采用分离迭代法求解车桥系统运动方程,运用三倍差原理确定系统响应的最大和最小值,讨论系统响应的功率谱密度。研究表明:车体振动、桥梁跨中横向响应和轮对受到的横向轮轨力的随机性较大,轨道不平顺是其主要影响因素,桥梁跨中垂向响应及轮对受到的垂向轮轨力主要由确定性荷载引起。