不同受力环境下的钢轨扣件减振橡胶动态特性

采用电液伺服试验机对钢轨扣件中橡胶材料受压为主和受剪为主提供弹性的2种减振橡胶的非线性动态特性进行试验研究。建立减振橡胶非线性动力学模型,运用最小二乘法进行参数识别,并进行模型有效性检验。利用建立的数学模型对各种工况的试验数据逐一拟合,得到2种扣件减振橡胶不同工况下的刚度和阻尼。刚度和阻尼的变化与振幅和频率密切相关;2种钢轨扣件减振橡胶的动态特性变化规律有一定相似性,但受压型扣件减振橡胶在刚度非线性程度、动刚度随振幅频率的变化率等方面均强于受剪型扣件减振橡胶,因此,在进行钢轨扣件的优化和创新设计过程中,应优先选用橡胶材料受剪切来提供弹性,以便实现不同载荷范围、不同振幅和频率条件下的刚度稳定性。     

高速铁路有砟道床纵向阻力滞回曲线特征及规律研究

针对有砟轨道道床纵向阻力的强非线性特点,通过足尺试验模型,在不同加载速率和位移极值的周期性纵向荷载作用下,研究散体道床的纵向阻力滞回曲线特性及规律。结果表明:散粒体道床在周期性荷载作用下的卸载曲线与加载曲线不重合,加、卸载曲线形成一条闭合的、呈中心对称的滞回曲线;滞回曲线的形态特征并非理想的滞回状态,滞回环面积随位移幅值的增加线性增大;位移幅值越大道床能量耗散系数越大,道床耗能能力越强,滞回曲线越饱满;道床的动刚度近似随荷载循环周次的增加线性递减;滞回曲线分段刚度值受位移幅值影响明显,不同位移幅值下的滞回曲线分段刚度值不同。有砟道床纵向阻力具有滞回特性说明其正常使用状态存在动态耗能行为,有助于深入研究高速条件下有砟线路的高稳定性、高可靠性和高安全性。     

基于GA-PS的轨道橡胶隔振器滞回模型参数识别

针对一种新型可便捷检修和更换的浮置板用隔振器中的橡胶结构元件进行力学性能试验,得到了不同幅值和频率激励下位移-力滞回特性曲线。采用一种半物理模型Bouc-Wen模型来模拟橡胶滞回特性,利用一种新型的参数识别方法 GA-PS法对模型中的未知参数进行识别,得到了可以很好模拟橡胶滞回特性的数学模型,并进行了验证。结果表明:不同的幅值和频率激励下,Bouc-Wen模型的仿真滞回曲线和实验测量滞回曲线吻合良好,验证了GA-PS识别方法在橡胶隔振器参数识别中的有效性与准确性。这种参数识别方法可以精确地识别出可以模拟橡胶特性的滞回曲线的参数,为模型的后续应用打下了基础。     

钢轨扣件中橡胶部件动态特性模型的建立与研究

在不同工况下,对扣件的橡胶部件进行动态特性试验,得到简谐位移激励下扣件的力-位移曲线。通过试验曲线计算橡胶部件相应的动刚度、阻尼等动态特性参数。试验结果表明,在钢轨扣件工作的振幅和频率范围内,振幅对扣件橡胶部件的动态特性影响较为显著,频率次之。为了预测钢轨扣件橡胶部件复杂的力学特性,建立了适用于扣件系统的三力叠加模型,并采用最小二乘法对该模型的参数进行了识别。在此基础上,比较了特定工况下钢轨扣件橡胶部件的力-位移关系和理论模型。研究结果表明:该模型能够较好地吻合试验数据,并能反映扣件橡胶部件的幅值相关性和频率相关性。     

钢轨扣件弹性垫板的动态黏弹塑性力学试验及理论表征研究

以Vossloh300钢轨扣件弹性垫板为研究对象,利用配有温度箱的力学试验机,结合基于温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型以及Berg摩擦模型,测试与表征该弹性垫板随温度、频率、振幅非线性变化的黏弹塑性动力特征。研究表明:动载较大且频率较低时,扣件弹性垫板的滞回曲线具有超弹性与塑性非线性力学特征,频率提高后,该滞回曲线将接近线性黏弹性的椭圆形滞回曲线;扣件弹性垫板温/频变的黏弹性动力特征与动载大小基本无关,但随预压力的增加而明显增大;基于温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型能快速获取扣件弹性胶垫任意温度与任意频率下的黏弹性动力特征,在铁路轮轨振动主频带内更适合描述低温环境下损耗因子的频变特性。     

考虑弹塑性结构退化和捏拢滑移效应的光滑滞回模型

基于Bouc-Wen微分滞回模型,提出考虑弹塑性结构刚度退化、强度退化和捏拢滑移效应的光滑滞回模型.在该滞回模型中,弹塑性结构滞同反应的刚度退化程度由与加载历史上最大位移延性相关的参数控制,强度退化规律通过引入基于变形和滞回耗能双参数指标的损伤指数描述,捏拢滑移特征通过增加滑移-锁定单元模拟.滞回模型的控制参数为9个,一般只需调整其中与刚度退化、强度退化和捏拢滑移特征相关的6个参数便可模拟多种形状的滞回曲线.应用该滞回模型对弯曲破坏型和剪切破坏型钢筋混凝土柱抗震试验进行数值仿真,结果表明该滞回模型可较好地模拟不同破坏模式钢筋混凝土构件的滞回曲线.     

重型汽车轮胎径向刚度实验研究

为研究重型汽车轮胎径向刚度的非线性特性,选取全钢丝10.00R20子午轮胎分别进行静态和动态实验。实验测试结果表明:轮胎静态径向刚度与轮胎变形量、充气压力之间存在非线性关系;动态径向刚度与轮胎变形量、充气压力和振动频率之间也存在非线性关系;且不同激振频率下轮胎所表现出的迟滞特性有所不同。基于实验数据分别建立了轮胎静态和动态径向刚度的非线性模型,可以反映轮胎变形量、充气压力、振动频率等因素对重型汽车轮胎径向刚度非线性特性的影响,该模型可进一步用于轮胎力学和车辆系统动力学的研究。     

多阶适时控制连接装置性能试验及应用研究

针对多阶适时控制连接（MTC）装置,开展连接刚度计算和性能试验研究,并以某7跨连续梁桥为研究对象,运用ANSYS软件建立有限元模型,通过非线性时程分析,研究考虑行波效应时MTC装置对连续梁桥的减震效果。结果表明：不同程度地震动作用下,MTC装置可进入弹性、弹塑性、塑性、滑移的工作状态;MTC装置具有良好的滞回特性、耗能能力、承载能力及连接限位能力,其滞回曲线呈较为饱满的梭形,最大等效黏滞阻尼系数大于0.2,可承受300 kN以上荷载,且在加载过程中可提供一定连接刚度;不同程度地震作用时3种不同视波速下配备MTC装置的连续梁桥固定墩墩底剪力、弯矩及梁端位移的地震响应降低程度均在50%以上,MTC装置可明显提升连续梁桥结构的抗震性能;地震动视波速对MTC装置在连续梁桥中应用时的减震效果具有一定影响,长联大跨度连续梁桥应用MTC装置进行减震时有必要考虑行波效应影响。     

重载货车摩擦缓冲器动力学模型研究

基于摩擦缓冲器冲击试验数据建立缓冲器多段线性模型,利用附加黏滞摩擦力和附加阻尼力进行理论修正,构建缓冲器多段线性修正模型,利用车辆冲击仿真及反映列车运行工况的三角函数位移激励对缓冲器多段线性修正模型进行验证和分析。计算结果表明:缓冲器多段线性修正模型较常规多段线性模型更接近冲击试验结果;转换速度及外部位移激励的频率会对车钩力尖峰阶段产生影响,转换速度越大或者外部频率越小,车钩力越先进入尖峰阶段,形成的磁滞环就越大,消耗的车辆振动能量越多,后续的车钩力和车辆相对位移就会越小;附加黏滞摩擦力较好地模拟了缓冲器特性曲线的尖峰现象,等效摩擦系数越大,附加黏滞摩擦力越大,车钩力也越大;附加阻尼和车体刚度的共同作用使缓冲器加载曲线与卸载曲线之间平稳过渡,在附加阻尼的修正下,即使缓冲器处于过渡曲线上遇到往复加载和卸载载荷,缓冲器也能形成磁滞耗能环,亦能耗散车辆之间的振动能量。     

齿式橡胶联轴器动力力学建模与分析

以一款齿式橡胶联轴器为研究对象,首先采用有限元软件对齿式橡胶联轴器的弹性元件进行动力分析,得到橡胶元件的恢复力-位移数据,其次运用拟合分解法建立了弹性联轴器恢复力的数学模型,其刚度系数和阻尼系数是关于位移振幅和频率的函数。最后分析了联轴器的幅频特性和扭矩传递系数,结果表明,弹性橡胶联轴器在有效传递扭矩的同时,表现出软弹簧的非线性特性。     

有砟轨道动刚度特性研究

为充分了解轨道动力特性,对有砟轨道动刚度展开研究。通过建立有砟轨道力学模型,分析0~2 000 Hz范围内轨道动刚度的振动特性,得出:轨道动刚度相对于轨道静刚度是随激振频率变化的,轨道动刚度在低频段受激振频率变化影响较小,在中、高频段内轨道动刚度振动幅值随激振频率变化而变化,是系统的固有特性,需通过对构件刚度、阻尼等参数调节。阻尼系数对轨道动刚度的幅值有影响,但不改变轨道的共振频率。质量阻尼系数对轨道动刚度波动范围及幅值的影响小于刚度阻尼系数的影响。阻尼系数增大,轨道动刚度波动幅值增大。     

装配式钢框架与混凝土墙体节点连接设计及抗震性能研究

为解决装配式钢框架与混凝土墙体连接节点的抗震设计问题,以石景山区北辛安社区养老及助残服务中心为研究对象,提出2种不同装配式钢框架与混凝土墙体节点连接设计,运用室内试验方法,建立物理模型,分析模型在水平低周期反复荷载作用下的动力响应特征。结果表明,钩头螺栓连接试件的滞回曲线出现反“S”形发展和“捏拢”现象,而对拉高强螺栓连接试件的滞回曲线饱满圆润,能量耗散系数和等效黏滞阻尼系数是前者的1.19倍;2种连接方式的试件骨架曲线均可划分为3个阶段,拉高强螺栓连接试件的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均比钩头螺栓连接试件提升了20%以上;2种工况的割线刚度曲线形状基本相同,呈反“S”形,对拉高强螺栓连接试件初始刚度远大于钩头螺栓连接试件,且位移延性系数也大幅度提升。     

装配式钢框架建筑屈曲约束支撑抗震性能研究

为解决多层装配式钢框架消能结构连接方式对其抗震性能的影响,以新建石景山区北辛安社区养老及助残服务中心为研究对象,运用室内物理模拟的手段,建立了预埋件连接和焊接连接2种不同的小比例尺试件,对比两者的滞回曲线、骨架曲线、刚度曲线、延性和耗能参数等抗震性能指标。结果表明：两种连接方式的滞回曲线都呈饱满的梭形,耗能性能良好;相比于焊接连接,预埋件连接的屈曲约束支撑屈服位移明显增加、屈服荷载则降低,极限位移和极限荷载的变化规律则恰好相反;两种连接方式的初始刚度接近,割线刚度随位移的增加均呈现指数降低;相同位移下,预埋件连接的试件具有更大的割线刚度,但延性系数更小;预埋件连接试件的能量耗散系数、等效黏滞阻尼系数均约为焊接连接试件的0.81倍,表明屈曲约束支撑采用焊接连接方式具有更为优越的抗震性能。     

高速万向轴式动力式有限环振幅曲线特性的研究

给出了高速万向轴式动力车非线性横向稳定性的计算模型，用数值分叉方法研究了不同轮对激扰时动力车轮对蛇形运动极限环振幅曲线稳定以及不同稳定部分的特性，并分析了二系抗摇头阻尼的影响，结果发现共限制速度有可能与不稳定部分有关，建议选择轮对大位移激扰来分析机车车辆非线性稳定性。     

装配式短肢剪力墙节点抗震性能参数分析及恢复力模型研究

采用ANSYS建立装配式短肢剪力墙的节点模型,分析得到节点在低周反复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线,验证装配式短肢剪力墙节点能够满足"等同现浇"的抗震性能目标;结合3个试件的实测数据,拓展26个试件的数值模拟分析,并对肢厚比,轴压比,剪跨比,混凝土强度,墙肢纵筋配筋率,墙肢箍筋配筋率,连梁纵筋配筋率和连梁纵筋配筋率的重要影响参数进行扩展分析,确定恢复力模型的主要影响因素,对下降段刚度与延性系数回归分析建立相关公式。在此基础上对骨架曲线进行无量纲化处理,建立统一骨架曲线和考虑卸载刚度与再加载刚度的滞回模型,并且与计算结果进行对比,对比发现与计算结果吻合较好。建立的恢复力模型可以为装配式短肢结构弹塑性地震反应分析时作为参考。     

空气弹簧的刚度及阻尼特性研究

介绍了空气弹簧的热力学特性,对空气弹簧的垂直刚度特性和阻尼特性进行了分析。结果表明:空气弹簧的刚度不仅与其静平衡位置时的压力和容积有关,还与其有效面积变化率和体积变化率有关。空气弹簧的阻尼特性与空气弹簧本身结构有关,同时还受外界激扰频率及振幅的影响。当外界激扰条件发生变化,空气弹簧系统的阻尼特性也将随之改变。     

钢轨扣件减振橡胶阻尼耗能特性分析

为了掌握钢轨扣件减振橡胶中阻尼的分布及其随振幅和频率的变化规律,对减振橡胶元件受压和受剪两种扣件进行了试验研究。建立钢轨扣件减振橡胶非线性弹性力和混合阻尼叠加的动力学模型,完成模型参数识别及结果检验。根据所建立的动力学模型计算各试验工况下的弹性变形能、阻尼耗能和结构损耗因子。分析发现:压缩和剪切两种扣件减振橡胶的阻尼参数随振幅和频率的变化规律相似,弹性变形能、阻尼耗能和结构损耗因子均随振幅的增大而显著增大,而受频率的影响较小。相同工况下,压缩型扣件减振橡胶的结构损耗因子远大于剪切型扣件,说明压缩型扣件在发挥减振功能时,其耗能特性优于剪切型扣件,而隔振特性劣于剪切型扣件。因此,在钢轨扣件创新设计时,可以通过控制减振橡胶压-剪组合变形,来实现扣件隔振和衰减振动能量两功能的均衡发挥,将结构损耗因子作为设计过程中的控制指标。     

抗蛇行减振器阻尼孔径变化对高速车辆动力学性能的影响分析

为研究抗蛇行减振器阻尼孔径变化对列车运行稳定性、平稳性、曲线通过能力的影响,通过阻尼孔的压力-流量方程得到减振器输出阻尼力与其阻尼孔径关系,在Matlab中建立减振器阻尼特性模型,分析抗蛇行减振器在不同阻尼孔径时阻尼特性的变化,将不同的阻尼特性曲线输入到Adams/Rail中,分别建立抗蛇行减振器阻尼孔径不同的高速车辆拖车整车模型,对不同抗蛇行减振器阻尼孔径的列车进行多工况分析。结果表明:在稳定性方面,抗蛇行减振器阻尼孔径的减小可以提高列车非线性临界速度。在平稳性方面,阻尼孔径的变化主要影响列车的轮轴横向力和横向平稳性指标,对垂向平稳性影响较小。在通过曲线时,脱轨系数和轮重减载率随着阻尼孔径的减小而降低,但变化不大。     

自复位桥墩的内禀侧移刚度和滞回机理研究

自复位桥墩由承重组件、自复位组件、耗能组件以及接头(如嵌合式接头)构成,具有良好的震后修复性和震后残余变形小的特点。对其承载力、侧移刚度以及滞回性能等力学特性进行理论分析,推导自复位桥墩的侧移刚度与承重组件墩身刚度、自复位组件刚度、耗能组件刚度、初始预拉力和桥墩几何尺寸的理论关系式;提出反映自复位桥墩内在固有属性的内禀侧移刚度概念及其计算式;自复位桥墩侧移刚度的上限为墩身刚度,下限为内禀侧移刚度。自复位桥墩的滞回曲线为扇片状,是耗能组件的耗能滞回性能与自复位组件的弹性复位性能叠加的结果。基于性能设计原则,并考虑合理控制震后残余变形,初步提出自复位桥墩的三步设计方法。     

高层斜交网格结构斜交柱节点抗震性能研究

以钢管混凝土(CFST)斜交交点为原型,利用ANSYS建立三维实体模型,对其进行往复荷载作用下非线性分析。分析在不同加载阶段钢管、加强环、竖向连接板、核心混凝土等各部件的应力分布情况,研究斜交节点的水平力-位移滞回曲线及横向刚度的退化。选取钢管内的核心混凝土强度等级、钢管的宽厚比D/t、竖向连接板厚度和2个斜柱夹角等4个控制参数,研究其对斜交节点的抗震性能的影响。研究结果表明:不同加载阶段各个部件的最大应力出现位置不同;钢管内的混凝土在初始压力以及钢管套箍的作用下表现出较高的延性与强度;斜交节点的滞回曲线饱满,初始刚度较大,且加载过程中横向刚度退化较为平缓,表明钢管混凝土斜交节点的抗震性能良好;钢管的宽厚比D/t、斜柱夹角可直接影响斜交节点的极限荷载、滞回性能及刚度退化,而核心混凝土强度等级、竖向连接板厚度对斜交节点的极限荷载、滞回性能及刚度退化影响较小。