单自由度系统强迫激励下惯容对Kelvin模型和Maxwell模型的影响

在Kelvin模型和Maxwell模型的基础上分别串联和并联惯容,研究在强迫激励作用下对系统响应的影响。首先列出由简谐激励、支撑运动、偏心质量引起的强迫振动系统的动力学方程,然后求出各个模型的解析解,得到各个模型的幅频曲线。通过比较振幅放大因子和幅频曲线,发现在不改变刚度和质量的情况下,两种模型并联惯容可以降低系统固有频率,使共振区提前,并且有很好的隔振减振作用。串联惯容在简谐激励和支撑运动引起的强迫振动中有减振隔振效果。     

负刚度和空气弹簧并联的悬架系统的亚谐共振

研究了负刚度和空气弹簧并联的单自由度悬架系统在简谐激励下的1/3次亚谐共振。利用平均法得到了系统的近似解析解,利用龙格库塔法得到了系统的数值解,通过对比近似解析解和数值解的幅频响应曲线,验证了近似解析解的准确性。分析了系统稳态解的存在条件和稳定性,并详细分析了负刚度、空气弹簧以及系统阻尼对系统1/3次亚谐共振幅频响应及存在条件的影响,为悬架系统的设计提供了一定的理论参考。     

具有分数阶特性悬架的垂向振动特性研究

选取含分数阶微分项的1/4车辆动力学模型为研究对象,应用拉氏变换法推导出车身加速度、轮胎动载荷和悬架动挠度3个性能指标的频响函数,分析了分数阶微分项参数对悬架振动特性的影响.结果表明,分数阶项参数会影响悬架振动幅频响应特性.应用数值方法计算出非线性悬架系统车身振动幅频响应曲线,研究发现振动幅值随分数阶微分项参数值的增加...     

Kelvin模型和Maxwell模型在基底摇摆隔震中的比较

在基底摇摆隔震桥墩中,提出可以考虑碰撞效应的Maxwell模型和Kelvin模型,建立考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩的运动方程,重点研究了模型中连接弹簧刚度以及阻尼系数的取值范围和计算方法,分析了两种模型在强震下地震反应的差异,提出了考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩合理的减隔震分析模型。分析结果表明,Kelvin模型优于Maxwell模型,在模拟碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩中,建议采用Kelvin模型进行计算。     

支承形式对波形钢腹板预应力混凝土曲线箱梁剪力滞效应的影响

为研究不同支承形式对波形钢腹板预应力混凝土曲线箱梁剪力滞效应的影响,采用ANSYS软件建立单跨波形钢腹板曲线箱梁的有限元模型,在跨中集中荷载和全桥分布荷载作用下,分析不同支座布置形式下的剪力滞效应。研究结果表明:单跨波形钢腹板曲线箱梁在集中荷载下,4种支承的最大剪力滞系数均出现在跨中截面,从大到小依次为静定中心支承、静定偏心支承、超静定中心支承、超静定偏心支承。在分布荷载下,4种支承对应的跨中控制截面的剪力滞系数均在1.161左右,差异较小。     

非对称型SD振子的动力学行为研究

基于SD振子,建立了非对称型SD振子模型及其运动方程。利用等价替换法与代入法求解8次方程,分析平衡点,研究该系统的分岔现象。运用平均法求其幅频方程,并利用Matlab等软件对该模型进行数值模拟,得到幅频响应曲线、系统的分岔图、相图和Poincare截面。结果显示,该系统具有与SD振子不相同的丰富非线性动力学特性,拓展了SD振子的研究和应用范围。     

轮轨系统激励下列车-轨道耦合系统的振动分析

运用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的"对号入座"法则,建立了列车-轨道耦合系统的竖向振动方程。分析了车轮偏心和轨道随机不平顺对高速行车影响。研究表明:车轮偏心属于周期性激扰源,它将导致系统的周期性强迫振动;车轮偏心对钢轨和轨道板的竖向振动位移影响较小,而对轮轨之间相互作用以及系统各部件的振动加速度影响较大,且随着偏心距的增大,系统的动力响应将加剧;郑武高速试验段轨道随机不平顺幅值大约为4mm左右,其对系统动力响应影响较小,平顺性较好。     

电力机车二系悬挂装置的动力学响应研究

文章针对电力机车的二系悬挂装置动力学问题,将二系悬挂装置简化为含有非线性弹性力的二系弹簧和线性减振器,通过数学模型建立了系统振动方程,利用数值分析研究了二系悬挂装置的动力学特性,并讨论了结构参数对系统稳定性和幅频曲线的影响。研究结果表明,车体质量、减振器阻尼和二系簧刚度对幅频响应曲线有一定影响。     

HXD2型6轴电力机车动力学模型研究

针对HXD2型6轴电力机车的动力学性能,建立了较为详细的6轴机车在弹性结构轨道上运行时的空间耦合动力学模型.对于机车子模型,假设车体、转向架和轮对均为刚体,各部分通过两系悬挂连接起来,形成一个多自由度质量-弹簧-阻尼系统,每个刚体均具有5个自由度,整个机车模型共有45个自由度.对于轨道模型,左右两股钢轨均视为连续弹性离散点支承基础上的无限长Euler梁,并考虑钢轨的垂向、横向及扭转振动;轨枕视为刚性体,并考虑轨枕的垂向、横向及转动;道床离散为刚性质量块,只考虑道床垂向振动.而对于轮轨关系模型,采用了先进的空间耦合关系模型.     

HXD2型6轴电力机车动力学模型研究

针对HXD2型6轴电力机车的动力学性能，建立了较为详细的6轴机车在弹性结构轨道上运行时的空间耦合动力学模型。对于机车子模型，假设车体、转向架和轮对均为刚体，各部分通过两系悬挂连接起来，形成一个多自由度质量-弹簧-阻尼系统，每个刚体均具有5个自由度，整个机车模型共有45个自由度。对于轨道模型，左右两股钢轨均视为连续弹性离散点支承基础上的无限长Euler梁，并考虑钢轨的垂向、横向及扭转振动；轨枕视为刚性体，并考虑轨枕的垂向、横向及转动；道床离散为刚性质量块，只考虑道床垂向振动。而对于轮轨关系模型，采用了先进的空间耦合关系模型。     

动态激励下高速列车齿轮传动系统振动特性分析

为了研究高速列车齿轮传动系统动态特性,内部激励考虑齿轮的时变啮合刚度和传递误差,扭矩波动表示输入端激励,负载端激励考虑由黏滑振动引起的负载波动。利用有限元方法得到高速列车齿轮系统时变啮合刚度,考虑齿轮啮合误差,并用傅里叶级数展开。结合非线性多尺度近似解析方法,利用单自由度扭转模型分析动态激励对系统振动的影响,同时建立考虑齿轮啮合的高速列车动力车整车动力学模型。研究表明:齿轮传动系统中存在谐波振动,扭矩波动不仅会增大轮齿的角加速度和啮合力,同时使齿轮箱的振动加剧,并改变系统的振动主频,可能引发共振。黏滑振动将使齿轮系统的各项指标急剧增大,严重影响齿轮的啮合平稳性,在实际运营中应尽量避免。     

含分数阶微分的二自由度悬架系统动力学分析

研究了含分数阶项的二自由度悬架系统,利用改进的平均法、拉氏变换法、谐波平衡法和复频域法得到了简谐激励下系统响应的解析解,比较了解析解和数值解,二者逼近的精度很高,证明了解析解的准确性。分析了分数阶参数对悬架系统的动力学行为的影响,发现含分数阶微分悬架系统响应稳态幅值能够大幅降低,其动力学性能得到极大提高。     

变坡度轨道几何线型的试验台模拟方法

为实现变坡度轨道几何线型的室内动态模拟,分析研究转向架参数测定试验台的下部双六自由度运动平台的运动姿态。基于变坡度轨道几何线型的特征和双六自由度运动平台的结构参数,建立双六自由度运动平台的位姿反解模型以及坡道模拟所对应的平台位姿转化模型,并借助MATLAB/Simulink实现某一变坡度轨道几何线型下双六自由度运动平台的位姿反解解算,得到作动器的动态伸缩量。利用几何解析的方法验证了所建立的位姿反解模型、位姿转化模型以及仿真模型的正确性。     

地铁头车-轨道耦合振动分析

将车体、构架和轮对视为多刚体系统,钢轨视为由有限间隔的离散轨枕支承的无限长Timoshenko梁,建立了地铁头车-轨道耦合动力学模型.以轨道不平顺作为输入激扰,计算了整车的振动响应,获得了二系空气弹簧与车体接触点处在三维空间内的振动载荷,发现轨道不平顺在垂向和横向引起的激励载荷幅值较大,而在纵向引起的激励载荷幅值较小.     

弹性支承块式无碴轨道振动分析新模型

针对弹性支承块式无碴轨道结构特点,提出了一种新的用于竖向振动分析的有限元模型。在该模型中,钢轨模拟为弹性点支承Euler梁;钢轨下面的支承块视为刚体;轨道板视为弹性薄板,并且采用横向有限条与板段单元法对其进行位移插值;钢轨扣件模拟为线性弹簧和阻尼器;轨道板和混凝土底座下的路基模拟为连续分布面弹簧和阻尼器。在此基础上,基于弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的"对号入座"法则,推导了弹性支承块式无碴轨道的竖向振动总势能,为建立弹性支承块式无碴轨道竖向振动方程,乃至进行弹性支承块式无碴轨道在高速列车作用下的动力响应分析奠定了良好基础。     

车辆激励谱的时频转换复现技术

铁路车辆运行过程中的振动主要是因为轨道不平顺引起的强迫振动，在对车辆系统或车辆－线路（桥梁）耦合系统进行动力学分析和滚动振动台试验时，如何在时域和频域内描述车辆激励谱的特性，并在保持谱的频率，相位和幅值特征不丢失的情况下进行时域和频域间的转换上有非常重要的意义。     

高速铁路环境振动黏弹性边界数值模型及验证

为研究有限元法在高速列车荷载引起的环境振动问题研究中的应用及模拟精度,采用数值方法分析列车运行引起桥梁附近自由场振动问题,数值模型包括列车-轨道-桥梁耦合模型和墩-桩-土耦合模型。其中,墩-桩-土模型采用有限元方法建立,引入黏弹性人工边界从半无限介质土体中截取出有限计算域。通过在模型截取边界施加切向和法向弹簧-阻尼单元,消除模型边界处波的反射与透射。其计算精度通过求解Lamb问题可知,黏弹性边界相比固定边界更加接近于解析解。再将黏弹性边界应用于车致环境振动数值模型,数值分析结果与现场测试结果进行对比,可以看出实测时程与分析结果时程曲线波形和幅值均吻合较好,从1/3倍频程对比曲线可以看出,地面响应峰值频率约为50 Hz,数值分析与现场实测结果在响应优势频段吻合较好。由总振级结果可知,地面响应随与振源距离的增加而减小,数值分析结果与实测响应结果在各测点的具体数值存在一定差值,但差值较小,且振动衰减趋势基本一致。     

铁路轻型墩横向被动控制研究

针对铁路提速后大部分轻型墩桥梁横向车桥耦合振动幅值过大这一问题,提出采用MTMD对其进行控制。首先将被控结构简化为多自由度体系,建立了结构MTMD系统力学模型和运动微分方程,进而以一轻型墩特大桥为例设计MTMD,并对采用MTMD控制铁路轻型墩横向车桥耦合振动的效果进行了分析。     

两自由度及三自由度桥梁断面颤振导数的强迫振动识别法

长期以来,桥梁断面颤振导数的识别都是大跨度桥梁颤抖振响应分析中的重点和难点问题。本文基于现有的非定常气动力和颤振导数的测试方法,首次在国内成功实现了在风洞中测试两自由度桥梁节段模型颤振导数的强迫振动法,并通过大量的试验验证了本测试装置的可靠性。在两自由度桥梁断面颤振导数的强迫振动法识别装置的基础上,作者和国防科技大学及同济大学风洞试验室联合研制开发了一套三自由度桥梁断面颤振导数的强迫振动法识别装置,进一步的研究正在进行中。     

基于现场测试的曲线段地铁地面振动传播规律

在地铁区间为小半径曲线、地面无干扰振源并可以布置高密度测点的珍贵测试条件下,采用高灵敏度数据采集与分析系统,对北京地铁某曲线段进行地面振动测试。根据测试数据,研究地铁列车通过曲线段时引起地面振动加速度的时域和频域内传播规律。结果表明:在距离隧道中心线100m范围之内,地铁运营引起地面振动加速度的时程峰值主要在10-2 m·s-2量级,远大于背景振动下的10-4 m·s-2量级;在距离隧道中心线50m范围之内,水平振动强度是竖向振动强度的2～4倍,建议在涉及曲线段地铁的环评中应同时考虑竖向振动和水平振动的影响;水平振动加速度的主要频率成分为30～120Hz,建议在关于曲线段地铁的试验、测试和模拟中应选取较宽的频率分析范围;地面振动加速度频谱幅值随着与隧道中心线间距离的增加而呈波动性衰减。