高速铁路大跨度钢管混凝土拱桥车桥耦合振动仿真分析

以鸭池河桥为工程背景,建立车-桥系统耦合振动分析的数值仿真模型。利用大型通用有限元软件ANSYS建立桥梁的动力分析模型,并计算其空自振特性。通过多体动力学软件SIMPACK对于CRH3动车组模型进行高精度仿真,结合SIMPACK软件和ANSYS软件,建立车桥耦合振动仿真系统,输入轨道不平顺和轮轨关系进行车桥耦合振动计算。车桥耦合振动分析结果表明:桥梁具有足够的刚度,振动状态良好;车辆运行安全性可以得到保障,舒适性指标为"优良"。该桥的车桥耦合振动计算结果为今后类似桥梁设计提供了借鉴,同时也验证了联合仿真的可行性和便利性。     

悬挂式单轨车桥耦合动力分析

为研究悬挂式单轨运营过程中桥梁和车辆的动力响应变化规律,以某悬挂式单轨双线7跨30m简支梁方案为工程背景,运用通用有限元软件ANSYS建立桥梁有限元模型,分析桥梁的动力特性;然后在多体动力学软件SIMPACK中建立车桥耦合动力学模型,研究双线列车以运营速度对开通过桥梁时桥梁和车辆的动力响应,并分析轮胎刚度和列车编组对桥梁和列车动力性能的影响。分析结果表明:双线列车以65km/h的速度对开通过桥梁时,桥梁跨中的整体横向位移响应最大值为19.03mm,表明桥墩横向刚度较小;轮胎刚度对车桥系统的加速度响应有显著影响;3辆车编组过桥时,桥梁的竖向和横向响应值明显比1辆车编组大,因此,在车桥耦合动力仿真分析时,必须考虑列车编组对车桥系统动力响应的影响。     

大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥车桥耦合效应及影响参数研究

"抱轨"行驶是跨座式单轨交通的一个显著特点.针对单轨列车与双层桥面钢桁梁斜拉桥的车桥耦合动力性能,以主跨468 m牛田洋大桥为工程背景,基于ANSYS及SIMPACK等软件建立车桥空间耦合动力模型开展联合仿真,研究不同行车速度、不同列车特性下的车、桥动力响应,并对行车安全性等进行了评估.研究结果表明:列车在通过桥梁时的竖向动力效应较弱,位移冲击系数约在1.1以内,且桥梁竖、横向位移响应均与车速无显著联系;竖向位移随过桥车辆数目的增加而增大,横向位移在单线行车时明显大于双线对开工况;桥梁与车体振动加速度均随车速递增,且车体横向振动程度大于竖向;跨座式单轨列车在列车正常行驶速度100 km/h以内通过该大跨度斜拉桥时,桥梁的动力性能优良,桥上列车具备良好的乘坐舒适性.     

不同车轮踏面在车桥耦合振动中的比较

结合工程实例建立了64 m钢桁梁铁路桥模型。利用多体动力学软件SIMPACK和有限元软件ANSYS进行联合仿真,并考虑LM型和LMA型两种不同的踏面对车桥耦合系统的动力响应的影响。基于车辆走行性评价指标评价车辆运行性能,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性等。研究结果表明,在相同的速度下,使用LM型踏面比LMA型踏面的车桥耦合系统的动力响应要大,尤其是在横向方面,如桥梁横向位移、横向轮轨力、车体横向加速度等;随着速度的增大,使用LMA型踏面比使用LM型踏面在减小车桥耦合动力响应方面效果更好,有利于提升车辆的舒适性和桥梁的安全性。     

风力作用下悬挂式单轨车辆-桥梁 系统耦合振动仿真研究

悬挂式单轨交通系统主梁通常为下开口钢箱梁,结构刚度小,车辆在风力作用下易发生横向摆动,从而 影响结构安全性和乘车舒适性。以某旅游专线项目 30 m 跨度简支段为工程背景,进行不同风速和不同车速下的 动力响应仿真分析。采用有限元软件建立桥梁模型,采用多体系动力学软件建立车辆和轨道模型,将车辆、轨道 系统和桥梁系统作为一个完整的系统进行联合仿真计算。采用 CFD 软件计算桥梁和列车的静力三分力系数和风 荷载,并将静风力叠加到模型中形成风-车-桥耦合振动模型。计算结果表明,桥梁的横向动位移和竖向动位移随 风速的增大而增大,横向位移变化更加明显,但随车速的增大,动位移变化不明显;车辆的平稳性随风速和车速 增大而逐渐降低,车辆的横向平稳性对平均风更加敏感;所有工况中,车辆的竖向和横向 Sperling 系数最大值分 别为 2.49 和 2.62,表明运行车辆具有良好的平稳性。基于通用有限元软件和多体动力学软件进行风车桥耦合动力 分析的联合仿真方法是可靠高效的;研究成果可为悬挂式单轨交通系统的抗风设计与应用提供参考。     

基于UM软件的高速铁路车桥系统振动响应参数分析

为研究车桥系统运行的影响规律,建立了车-桥耦合系统的振动分析模型,用UM软件进行了计算分析。对高速铁路列车过桥的动力响应进行了研究。对比了桥梁刚度、桥梁阻尼、列车速度、列车数量对车桥系统的影响规律。结果表明:随着列车运行速度增加,车辆和桥梁的动力响应也相应增大,但不是线性增大;桥梁的横向振幅随桥梁横向刚度的增大而减小;桥梁阻尼和列车数量对车桥系统影响较小。     

超限货物列车与邻线普通货物列车会车条件

采用SIMPACK多刚体系统动力学仿真软件建立N17AK型平车的超限重车动力学模型,仿真计算不同工况下超限货车侧滚振动引起的横向偏移量,依据仿真计算结果给出超限货物列车与邻线普通货物列车在超限货物不同高度处的会车条件.仿真计算表明,在线路工况相同的条件下,侧滚振动引起的货车横向偏移量随着超限货物列车运行速度的提高而增大;在线路工况和超限货物列车运行速度均相同的条件下,侧滚振动引起的货车横向偏移量随着超限货物计算点距轨面高度的增加而增大;超限货物列车以120 km·h-1的最高速度在Ⅰ级线路上运行和以70 km·h-1的最高速度在Ⅲ级线路上运行这2种不利工况相比较,以后者的侧滚振动引起的货车横向偏移量为大.     

城市轨道交通荷载作用下连续箱梁桥动力测试与仿真分析

混凝土连续箱梁桥在城市轨道交通中得到越来越多的应用,针对地铁列车-连续梁桥耦合系统动力性能的研究有助于保障城市轨道交通的运营安全。以一座跨市域轨道交通(50+82+50) m变截面混凝土连续箱梁桥为工程背景,开展桥梁动力试验获取结构自振特性和地铁列车作用下的振动响应。建立地铁列车-连续梁桥耦合系统的动力分析模型并编制计算程序,通过对比数值分析与现场测试的结果验证耦合系统模型的有效性。采用经验证的车桥模型进行动力仿真,计算分析了不同运营条件下车桥系统的动力响应及行车安全性与平稳性指标。动力测试与仿真分析结果表明,所建立的地铁列车-连续梁桥耦合振动模型能够真实反映车桥系统的动力性能,可用于城市轨道交通大跨连续梁桥的车桥耦合动力分析。三跨变截面混凝土连续箱梁桥具有较好的动力性能,结构横、竖向刚度较大,正常运营条件下的车桥响应及列车走行性指标均较小。车速可影响车辆、桥梁振动响应及列车走行性,但对桥梁跨中的动挠度影响较小。轨道状态对车桥系统的动力性能有显著的影响,且随着车速的提高影响加剧。当轨道平顺性大幅下降时,120 km/h车速下轮重减载率和竖向Sperling指标出现超限的情况。研究结果可...     

萧甬线曹娥江大桥列车运行速度研究分析

研究目的:曹娥江大桥因萧甬铁路电气化改造需要更换主桥钢桁梁,针对线路提速要求,对桥梁结构进行现场试验动力测试,应用实测动力参数建立车-梁-墩体系计算模型,进行车桥耦合动力仿真计算与分析,给出不同车速下全桥动力反应的计算结果.对桥梁结构的运营安全性、舒适度进行评价,为本桥的运营状态控制提供依据. 研究结论:根据车桥耦合有限元动力仿真计算得出的列车运营平稳度指标,以及客货车在不同速度下的现场试验测试数据的分析,表明更换新钢桁梁后,既有C62型货物列车运行速度达到65 km/h、新型货物列车K2运行速度达到100 km/h时,纵梁跨中竖向及横向位移、墩顶最大横向位移、动挠跨比等指标仍然满足允许值要求,车辆的各项动力性能指标良好.     

城轨列车铰接式转向架方案及其动力学性能研究

介绍了城轨列车铰接式转向架基本结构组成,建立了5联单元车组的动力学模型,利用SIMPACK多体动力学仿真软件对单元车组进行了运行安全性、稳定性、平稳性和曲线通过性能分析。仿真分析结果表明,城轨列车铰接式转向架具有良好的动力学性能,能满足城市轨道交通车辆的运行要求。     

横风环境下跨海大桥列车-桥梁系统耦合振动仿真研究

基于计算流体力学及弹性体在多体系统中的耦合理论,将计算流体力学、多体系统动力学及有限元结合起来,构建横风环境中列车-桥梁系统耦合振动的仿真平台,并以平潭海峡大小练岛水道斜拉桥为研究对象开展研究。列车-桥梁系统的气动模型构建采用局部动态层网格方法,计算列车-桥梁系统在不同风速和车速下的气动荷载。基于有限元方法和多体系统动力学方法建立列车-桥梁系统多体动力学模型,以时间激励方式施加气动荷载,仿真计算双线会车时不同风速和车速工况下列车-桥梁耦合系统的动力响应。研究结果表明:(1)随着风速的增大,桥梁主跨跨中竖向位移变化很小,而跨中横向位移显著增大,跨中竖向和横向振动加速度亦明显增大。风速和车速分别在30 m/s与300 km/h以内时,桥梁的挠度和振动加速度均能满足要求。(2)横风环境下列车在桥梁上运行时,头车的动力特性最为不利。随着风速和车速的增大,车辆的动力学指标均呈增大趋势。(3)列车行至桥梁跨中时轮重减载率出现最大值,两车交会时车体横向加速度发生突变且出现最大值,部分动力学指标不满足要求。(4)双线会车时,风速在10、20、30 m/s时的临界安全车速分别为296、256、147 km/h,临界舒适车速分别为166、150、106 km/h。     

铁路曲线箱梁桥曲率对车桥系统振动响应的影响分析

以洛湛铁路通道益阳至永州段宝庆东路立交桥为工程背景,采用曲线桥梁列车—桥梁时变系统空间振动分析模型,在该模型中车辆表示为26个自由度的多刚体系统模型,桥梁结构则离散成空间曲梁单元,进行曲线箱梁桥列车—桥梁时变系统空间振动响应分析。采用计算机模拟方法,计算了列车以不同车速通过不同曲率的曲线箱梁桥的空间振动响应,探讨曲线梁桥曲率对车桥系统振动响应动力学性能指标诸如桥梁的横向位移、车辆的Sperlin平稳性指标、脱轨系数、轮重减载率等的影响规律。计算结果表明:车桥系统振动响应与曲线半径有关;随着车速的提高,列车运行时对曲线桥梁的曲率设置更为敏感;建议列车通过洛湛铁路通道益阳至永州段宝庆东路立交桥时,行车速度以不超过110km·h-1为宜。     

城市轨道交通简支箱梁桥结构振动特性分析

研究目的:针对列车过桥时简支箱梁桥所发生的结构振动问题,本文总结分析以往利用SIMPACK软件建立的仿真模型,并基于多体动力学与有限元法,提出一种轮轨耦合仿真实现方法,据此建立城市轨道交通车桥耦合振动分析模型,进而从时域和频域两个方面对列车过桥时箱梁结构振动特性进行分析,以期为城轨高架箱梁桥的减振设计提供参考。研究结论:(1)列车以40 km/h的速度过桥时,箱梁翼板的竖向振动最强烈,其次为腹板,且箱梁的竖向振动较之横向振动更为剧烈;(2)列车速度增加不仅会增大箱梁的变形,也会使箱梁受到更大的冲击能量;(3)列车低速过桥时,40 Hz以下的低频模态对箱梁局部振动贡献较大;高速过桥时,基频模态对箱梁局部振动贡献最大,且车速增加容易激发箱梁更高阶的模态,致使箱梁局部振动加强;(4)本文轮轨耦合方法不仅适用车桥间的耦合,也适用于车辆与大地或其他轨道结构间的耦合。     

简支铁路桥梁加固前后共振响应分析

研究目的:由于加固前后铁路简支桥梁自振频率发生变化,车桥系统发生共振时对应的列车速度发生改变,因此需要分析加固前后桥梁的共振响应是否满足要求。本文介绍车桥系统发生共振的原理,研究影响车桥系统共振响应的因素,采用ANSYS软件和多体动力学软件UM(Universal Mechanism)分析加固前后桥梁仿真模型的车桥耦合动力性能。研究结论:(1)对于小跨径直线桥梁,加固前后桥梁发生共振时对应的列车速度发生明显改变;(2)通过桥梁加固,其发生竖向共振时列车速度已经超出高速列车的速度范围;(3)列车第二共振速度时桥梁的竖向振幅和加速度远小于列车处于第一共振速度时,故可以不考虑;(4)对桥梁进行加固,能够明显减小共振时桥梁竖向及横向的跨中振幅和跨中加速度;(5)本研究成果可为简支铁路桥梁的共振控制提供借鉴。     

城市轨道交通连续刚构桥车桥耦合动力分析

采用23个自由度的多刚体车辆动力分析模型、空间梁单元模拟桥梁结构,据位移协调原理,建立了广州市轨道交通四号线四跨变截面连续刚构特大桥沙湾大桥车桥耦合时变动力分析模型,并将轨道的竖向不平顺和方向不平顺作为系统的激振源,编制程序计算地铁列车通过时的车桥耦合振动响应。计算结果表明:在地铁列车常用编组和运营条件下,车辆与桥梁的振动响应随着列车速度的提高而缓慢增大;列车舒适性与安全性各项指标均能满足要求;桥梁具有足够的竖向刚度与横向刚度,所得结果可供设计参考。     

横向振幅超限桥梁上的列车运行安全性分析

采用车桥系统空间振动计算模型,基于列车脱轨能量随机分析理论,对京沪线南京长江大桥128 m简支钢桁梁桥、京通线烟囱沟桥及东沟桥、京广线颖河桥等4座横向振幅超限桥梁的列车运行安全性、舒适性及平稳性进行计算和分析。结果表明:南京长江大桥128 m简支钢桁梁桥允许货物列车以80 km.h-1及以下车速通过;在烟囱沟桥,货物列车宜限速50 km.h-1运行;在东沟桥,货物列车宜限速60 km.h-1运行;在颖河桥,货物列车可以按设计车速(80 km.h-1)及以下速度运行。研究结果已分别被上海、沈阳及郑州铁路局采纳。     

地震作用下高速铁路桥梁的动力响应及行车安全性研究

将桥梁在地震作用下的运动方程和车辆振动方程，通过桥梁子系统与车辆子系统间的非线性轮轨接触关系联系起来，建立可考虑多点激励与行波效应的车桥系统地震反应动力学分析模型。以某高速铁路连续梁桥为例，对非一致地震激励下桥梁结构的动力响应及桥上车辆运行安全性进行研究，提出确保地震发生时高速列车在桥上安全运行的临界速度限值，可供实际工程设计时参考。     

跨坐式单轨车辆平稳性仿真研究

在多体动力学理论的基础上.参照重庆市跨坐式单轨车辆动力学相关参数,运用SIMPACK动力学仿真软件建立了跨坐式单轨车辆的整车动力学仿真模型,并进行了仿真.根据Sperling车辆平稳性评价标准经验公式在MATLAB中编制相关程序,把SIMPACK仿真结果曲线导入MATLAB中进行计算.计算结果表明重庆市跨坐式单轨车辆有较好的运行平稳性.     

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力特性的影响

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统的动力学特性具有重要的影响,直接关系到桥上列车的行车安全性和运行平稳性。基于列车—轨道—桥梁动力相互作用理论,以高速铁路常用的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,采用列车—轨道—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM2.0,研究桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力性能的影响规律。结果表明:当桥梁梁体的刚度或者桥墩的横向刚度不足时,车辆和桥梁的相关动力性能指标将随着刚度的减少而急剧增大,严重影响列车过桥时的安全性和平稳性;当梁体垂向刚度不足时,有可能会引发车桥共振现象;当桥梁结构刚度满足设计规范要求时,车桥系统动力响应指标随刚度变化不明显,此时行车速度和轨道不平顺成为影响行车安全性和平稳性的主要因素。     

侧风下高铁列车交会运行时车—桥耦合振动

采用流体力学计算软件FLUENT和动网格技术建立侧风下2列3节列车交会的气动力计算模型,通过自编UDF程序实现列车交会运动,分析列车交会过程中的气动力。根据列车中间车厢气动力的相似性扩展得到2列8节列车交会的气动力时程,将列车真实非定常的气动力以力元的方式加载到由有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK联合建立的高速列车—多跨简支梁三维动力分析模型中,进行侧风下高速列车交会运行时车—桥耦合振动研究。结果表明:列车交会气动力对列车轮轴横向力、脱轨系数以及竖向加速度的影响较小,但会增大列车的轮重减载率,并显著增大列车的横向加速度;侧风显著增大列车的轮重减载率、轮轴横向力和脱轨系数;列车轮重减载率是控制列车车速阈值的控制因素;列车交会气动力对列车运行安全性的影响不应忽视,在[0,15),[15,20)和[20,25) m·s~(-1)风速的侧风下,列车车速阈值分别为350,275和200 km·h~(-1)。