基于压电作动器的高速列车车体弹性振动主动控制

首先利用悬臂梁模型验证了压电作动器对梁体弹性振动的控制效果,然后针对实车结构研究了采用压电作动器结合最优控制策略降低车体垂向一阶弯曲振动、改善车辆运行平稳性的效果。仿真分析结果表明,压电作动器安装在车体中部,通过优化控制参数能明显地抑制车体一阶垂向弯曲振动,并显著改善车辆垂向运行平稳性。     

列车荷载作用下高铁隧道下有小净距地铁隧道穿越时的结构动力响应特性模拟分析

基于某地铁线路以极小净距下穿京张高铁盾构隧道工程,采用人工激振函数模拟列车振动荷载,分析不同工况下的隧道动力响应特性,探讨了高铁隧道结构的振动加速度、振动速度及竖向位移规律。模拟研究结果表明:隧道监测点振动幅值变化不仅与振动强度有关,还与激振源荷载作用位置有关,高铁隧道中心截面前后±15 m范围内的位移响应最大;隧道交叉位置呈现显著的振动放大现象,造成列车动荷载影响下衬砌结构薄弱区;振动响应总体趋势为自仰拱向拱顶逐渐衰减,即仰拱为隧道振动响应的最不利位置;考虑不同工况,高铁隧道结构的最大振动加速度、振动速度和竖向位移分别为110.204 mm/s~2、3.006 mm/s、0.043 4 mm,低于结构安全振动控制标准的限值,满足安全要求。     

作动器故障时摆式电动车组受电弓主动倾摆控制系统的自动容错控制方法

通过分析摆式电动车组受电弓主动倾摆控制系统的结构和工作原理,建立其状态方程和非完全失效故障情况下作动器模型.考虑到倾摆控制系统参数和作动器故障的不确定性,采用基于参考模型的自适应容错控制策略,通过将故障作动器损失的驱动力平均分配给其他无故障的作动器,实现作动器驱动力的重组.以某摆式电动车组的受电弓主动倾摆控制系统作动器发生故障为例,对电动车组以120km·h-1速度通过半径为800m的圆曲线线路时的容错控制进行仿真研究.结果表明;倾摆控制系统能够跟踪给定的参数输出并使状态跟踪误差迅速收敛为0,基于自适应容错控制技术设计的自适应故障补偿控制器能够有效实现部分作动器故障后作动器驱动力的重组,表明给出的自适应容错控制方法完全适用于摆式电动车组受电弓主动倾摆控制系统的不确定性运行环境.     

在曲线区段减少横向止挡接触以提高铁道车辆的横向乘坐舒适度

为了提高车辆的横向乘坐舒适度,对装有位移控制阀的气动作动器进行了试验研究。该阀依赖于车体与转向架之间的相对位移控制作动器产生的作用力。这种控制能使车体保持在对中位置。运行试验结果表明,作动器能有效降低因车体中心销碰撞横向止挡所造成的冲击。缓解因碰撞导致的车辆横向振动加速度的降低。作动器只靠供给压缩空气就能独立工作,因此,不必给作动器安装电子传感器和控制装置。     

日本全主动悬挂控制装置的最新研究动向

全主动悬挂控制装置即防车辆摇摆控制装置,分为气动式及电动式。本文介绍了防摇摆控制装置概况和结构特点,并介绍了提高作动器性能方面的有关研发成果和应用实例。     

钢弹簧浮置板动力吸振器设计

基于动力吸振器定点扩展理论,将单自由度动力吸振器设计理论与多模态控制理论相结合,应用于浮置板轨道动力吸振器设计中,并根据有限元模型中车辆荷载作用下浮置板轨道道床100 Hz内的振动频谱特性,确定动力吸振器的制振频段,结合相应频段内浮置板振动模态,设计动力吸振器参数和安装位置。通过对安装动力吸振器前后车辆荷载作用下浮置板轨道道床振动响应进行对比,发现采用该方法设计出的动力吸振器能够有效降低道床板目标频段的振动,同时钢轨在该频段附近的振动也得到相应的抑制。     

刚弹簧浮置板动力吸振器设计

基于动力吸振器定点扩展理论,将单自由度动力吸振器设计理论与多模态控制理论相结合,应用于浮置板轨道动力吸振器设计中,并根据有限元模型中车辆荷载作用下浮置板轨道道床1 00 Hz内的振动频谱特性,确定动力吸振器的制振频段,结合相应频段内浮置板振动模态,设计动力吸振器参数和安装位置.通过对安装动力吸振器前后车辆荷载作用下浮置板轨道道床振动响应进行对比,发现采用该方法设计出的动力吸振器能够有效降低道床板目标频段的振动,同时钢轨在该频段附近的振动也得到相应的抑制.     

轨道不平顺激励下铝合金地铁车体振动分析

轻量化地铁车辆多为以型材铆焊成型的铝合金车体结构,必须具有良好的振动特性,以保证旅客的乘坐舒适性。轨道随机不平顺是引起车辆强迫振动的主要原因,有必要分析轨道不平顺激励下铝合金地铁车辆车体的振动响应,为车体优化设计提供理论参考。详细分析了铝合金A型地铁车辆车体结构特点,经过合理简化几何模型,建立了符合车体结构力学特性的白车身有限元模型。以德国高干扰线路作为激励源,运用多体系统动力学分析软件ADMAS/Rail建立了铝合金地铁动车系统动力学分析模型并计算获得车体在转向架支撑处的动载荷。将所求动载荷施加于车体相应位置,在ANSYS软件中进行车体谐响应分析,计算了车体在轨道不平顺激励下的振动响应。结果显示,车体振动最大峰值频率与车体一阶扭转和一阶弯曲模态频率基本一致。     

基于人体敏感频率的二自由度动力吸振器研究

从振动对人体生理影响出发,结合平稳性权重函数和实测高速动车组功率谱密度,指出对车体刚性振动控制的重要性。提出采用基于加速度的二自由度动力吸振原理,设计抑制车体浮沉及点头振动的二自由度吸振器。建立典型高速动车组单车垂向动力学模型,采用虚拟激励法及平稳性快速算法分别计算车体响应加速度功率谱密度及运行平稳性。研究结果表明,二自由度动力吸振器对车体浮沉及点头振动具有良好的抑制作用,能够提高车辆运行平稳性,当二自由度动力吸振器实现最优同调时,对点头及浮沉振动的抑制效果最佳。     

新线隧道列车运营对既有地铁结构振动影响的研究

以在建北京地下直径线为背景,选取了2个典型评估断面,建立二维动力有限元计算模型,应用车辆一轨道耦合动力学理论,计算得到作用在隧道结构上的列车动荷栽,并作为激励作用于有限元模型上,通过数值模拟计算,预测新线隧道北京地下直径线开通运营后对临近既有地铁结构振动的影响.根据对结构物安全的振动控制标准,确定以竖向速度作为既有地铁结构振动响应的安全性评估标准.结果表明:地铁列车运行对其自身结构的振动影响要大于地下直径线列车运行对地铁结构的振动影响;地下直径线列车的运营使邻近地铁结构动力响应增加,对其耐久性和正常使用有一定影响,建议在这些区段采取减振措施.     

自锚式悬索桥悬浮式散索套下主缆线形控制

江心洲右汊大桥缆索系统为空间结构,主缆边跨平行锚固侧设置悬浮式散索套,主跨空间锚固侧设置散索鞍。因边跨散索套重量及锚固区设置影响,主缆空缆线形即为有散索套重量下的空缆线形。主缆架设时,通过外力转换,使主缆线形满足监控及设计要求的有散索鞍重量下空缆线形。     

列车荷载作用下地铁区间双层隧道模型试验研究

列车振动对双层隧道和近距离交叠隧道影响较大。以某地铁区间隧道为研究对象,对一单洞双层地铁区间隧道进行列车振动模型试验,选择合适的试验材料,确定隧道衬砌模型和地层材料参数。依照列车动荷载激振力公式,设计列车振动模型装置,解决动力响应模型试验中动荷载加载的问题。在进行静荷载作用下模型试验的基础上,完成双层隧道列车振动模型试验。测试、分析上行动载、下行动载和上下交会动载3种工况隧道结构的受力状态。研究表明:相对于动荷载,静荷载对结构应力状态影响更大,但在个别部位动荷载影响较大。在上下交会动载作用下,衬砌结构个别位置出现应力集中情况;加速度随着离振源距离加大而明显衰减;在一些测点的试验值与数值模拟结果基本吻合。     

基于TMD的钢弹簧浮置板轨道结构改进研究

为提升钢弹簧浮置板轨道低频域制振性能,应用有限元方法建立地铁车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,对带凸台的常规钢弹簧浮置板轨道进行结构改进设计。参考某地铁实际线路,基于TMD定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,通过对无凸台钢弹簧浮置板轨道进行模态分析和谐响应分析,确定钢弹簧浮置板凸台下减振元件的最优刚度、最优阻尼;然后基于车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,研究列车动荷载作用下钢弹簧浮置板轨道改进前后低频域制振效果。结果表明:改进后的钢弹簧浮置板轨道能够有效地抑制轨道板固有频率附近频段的低频振动;合理的TMD参数匹配能够有效地控制列车动荷载下钢弹簧浮置板基频范围内的低频振动及对应频段钢弹簧支反力向周围基础的传递。     

浮置板式轨道结构隔振效果仿真研究

建立列车—轨道结构耦合系统有限元模型,将轨道不平顺作为列车—轨道结构耦合系统的激励源,对普通碎石道床轨道结构和浮置板式轨道结构的列车—轨道结构耦合系统动力学性能进行仿真研究,对比分析这2种类型的轨道结构系统振动响应与系统振动传递函数,评价浮置板式轨道结构的隔振效果。分析结果表明,浮置板式轨道结构与普通碎石道床轨道结构相比,振动加速度降低约70%,距线路5 m处大地振动加速度响应峰值降低约62.8%,相应Z振级衰减约10 dB,竖向振动加速度频率范围由0~200 Hz降到0~60 Hz,有效起到了振动隔离效果。     

寒区隧道衬砌结构可靠性分析

为了研究寒区隧道在运营阶段衬砌结构的可靠性,考虑到冻胀力、围岩压力和结构自重应力对围岩衬砌结构的影响,以昆仑山寒区隧道工程为背景,采用ANSYS中的PDS(概率设计)模块和蒙特卡洛拉丁超立方抽样方法,对影响寒区隧道衬砌结构可靠性的主要因素以及保证隧道结构安全的可靠性指标进行研究。结果表明:基于ANSYS数值模拟,通过研究冻土围岩温度场和应力场的耦合结果,得到冻胀对衬砌结构产生的最不利的位置;以概率论和数理统计相结合的方式,对衬砌结构最不利位置的可靠性进行定性和定量的分析,得到衬砌结构的可靠性指标;蒙特卡洛法中的拉丁超立方抽样提高了抽样概率的精确性,概率设计的敏感性和设计变量之间的散点图分析,有利于确定影响衬砌结构可靠性的主控因素,进而针对可控因素采取措施,以此提高衬砌结构的可靠性。     

基于ANSYS平台的斜拉桥调索方法研究

在斜拉桥的极限承载力分析中,首先需要提供一组斜拉索初始索力,使计算所得的成桥状态恒载作用下的索力与设计成桥索力一致。这是一个需要反复调整、试算的过程,往往需要投入较多的人力和时间。本文利用ANSYS二次开发的功能,开发了斜拉桥调索程序,使繁琐的调索过程在ANSYS中自动完成,减少了人力,提高了工作效率。该程序已应用于我国正在修建的某一座三索面三主桁特大跨度公铁两用斜拉桥分析中,96根斜拉索的调索过程在ANSYS中自动完成,计算所得的成桥状态恒载作用下的索力与设计成桥索力误差在0.5%以内。该程序的开发为以后其他斜拉桥的分析计算提供了方便,为以后类似问题的ANSYS二次开发提供了思路。     

自锚式悬索桥简化计算方法研究

基于能量原理,提出计算自锚式悬索桥受力性能的简化计算方法,对双塔三跨自锚式悬索桥导出求解加劲梁内力、挠度和主缆水平分力的基本公式.该法将自锚式悬索桥的主缆和吊杆截开,用未知力来代替,分别取主缆和连续加劲梁为隔离体进行分析,通过迭代逐步逼近,使两者满足受力协调条件,对主缆同时考虑恒载和活载作用下的挠度,对加劲梁同时考虑轴力和弯矩的作用以及梁柱效应.算例结果表明,该简化计算方法的计算结果收敛速度快,与几何非线性有限元法的计算结果吻合良好.     

铁路直线轨道空间振动时变模型研究

采用有限单元法,将轨枕视为线性粘弹性连续支承梁单元,钢轨划分为线性粘弹性点支承梁单元,分别考虑每个单元的横向、纵向、竖向及扭转振动,建立铁路直线轨道结构空间振动模型。运用弹性系统总势能不变值原理,采用轨道不断"增加和缩减"技术,建立直线轨道结构空间振动时变质量、阻尼和刚度矩阵。以国产25Z型客车为例,计算200s时间段上车辆—轨道耦合振动动力响应,与实测结果比较吻合。     

分布式光纤传感在铁路通信光缆盗挖告警中的应用

与目前应用的光缆防护技术相比,分布式光纤传感具有成本较低、灵敏度高、抗电磁干扰、可复用、分布式连续测量等优点,因此,提出了一种基于分布式光纤传感的铁路通信光缆盗挖告警方法。该方法通过提取振动信号的时域特征和小波域特征作为特征向量,来识别盗挖过程中产生的振动事件类型。同时,还设计了一种两级振动模式识别方案,在正常情况下,系统只对时域特征进行监测,当时域特征的值超出设定的阈值时,再联合小波域特征进行模式识别。由此,提出的方法可以减少大量复杂的小波域变换计算,提高算法的时效性。