车桥时变系统耦合振动分析模态综合法

采用模态综合法建立车桥时变系统耦合振动模型,导出该系统的总质量矩阵、总阻尼矩阵和总刚度矩阵的计算表达式,并考虑移动车载所产生的附加矩阵.通过算例研究附加矩阵对系统耦合振动响应的影响.结果表明:在不考虑桥面不平顺时,无论车辆是低速还是高速行驶,附加矩阵对桥梁振动响应的影响很小,可以忽略;但附加矩阵对车辆振动响应的影响很明显,有时偏差高达30%,不可忽略.     

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％.     

车辆参数随机的车桥竖向随机振动分析

车辆参数的随机性对车桥耦合随机振动的影响不可忽略。基于车-桥竖向耦合模型,考虑车辆荷载及一系、二系竖向弹簧刚度与弹簧阻尼的随机性,采用数论选点法对多维随机变量选取离散代表点,并基于正态分布利用Voronoi区域对代表点集进行剖分赋得初始概率;建立概率密度演化随机动力方程,基于MATLAB编制车桥耦合随机振动分析程序;采用newmark-β积分法及带TVD格式的双边差分法计算车桥振动响应均值、标准差及时变概率密度演化分布。结果表明:与随机模拟法相比,概率密度演化法分析车桥随机振动精度更高,计算效率提高1~2个数量级;车辆载重随机荷载是车桥竖向耦合随机响应的主因之一;不可忽略二系竖向弹簧随机刚度及随机阻尼对列车竖向振动的影响;桥梁挠度均值整体随车速先增大后减小,其变异系数受车速的影响。     

2种磁轨关系的磁浮车桥相互作用比较分析

为准确研究磁浮车桥相互作用,比较2种磁轨关系对磁浮车桥相互作用的影响,对磁轨关系采用弹簧阻尼法和悬浮控制法进行处理,分析2种磁轨关系力学特性,建立磁浮车桥耦合动力学模型,分析车桥作用时2种磁轨关系作用下桥梁振动、车辆支撑力/悬浮力、悬浮电磁铁振动及车速对车辆振动的影响。仿真分析发现,悬浮控制法车桥作用比弹簧阻尼法作用略小;悬浮控制系统具有主动调节能力,悬浮控制法的车辆悬浮力具有周期性,车辆驶出桥梁后悬浮控制法车辆的悬浮力、车辆振动较快保持稳定状态且振动加速度较小,而弹簧阻尼法的车辆支撑力没有明显周期性,且车辆支撑力、车辆振动出现较大振荡;悬浮控制法的车辆具有更强的稳定性,车速对悬浮控制法车辆振动影响较小,随着车速增大2种车辆振动加速度均呈增大的趋势,相同车速条件下悬浮控制法的车辆振动加速度均小于弹簧阻尼法的加速度。     

三塔悬索桥风-车-桥耦合动力分析

以温州市某大桥为例,分别考虑风荷载的平均成分和脉动成分对车桥系统的影响,建立了风荷载作用下三塔悬索桥的车桥耦合动力分析模型,并根据势能驻值原理及形成结构矩阵的"对号入座法则",导出了车桥系统的空间振动方程,采用计算机模拟的方法,计算与分析了该桥列车通过时的桥梁动力响应和列车走行性。研究结果为三塔悬索桥的动力设计提供了理论依据。     

不同轮轨型面匹配对车桥耦合系统振动的影响

为研究不同轮轨型面匹配在车桥耦合系统的动力响应,结合32 m铁路简支箱梁,在Ansys中建立桥梁模型,在Simpack中建立车辆模型,考虑LM和LMA两种车轮踏面计算车桥耦合系统的动力响应,并用桥梁的位移、加速度和车辆的平稳性等指标进行评价。研究结果表明:在相同的速度下使用LM踏面比使用LMA踏面的车桥耦合系统的动力响应要大,尤其是在车辆横向动力方面,如车辆横向加速度、轮轴横向力、车体横向平稳性等;随着速度的增大使用LMA踏面比使用LM踏面减小车桥耦合动力响应的效果更好,有利于提升车辆的舒适性和桥梁的安全性。     

横风作用下公路车辆与桥梁静气动力的数值模拟研究

横风作用下的风—车—桥耦合系统的振动分析需要准确识别车辆和桥梁气动参数。基于CFD数值仿真平台分别建立了桥梁单体模型和车桥耦合体系模型,计算分析了高低紊流度风场中不同风攻角下车辆和桥梁的静气动力,分析研究了静止车辆对桥梁静气动力的影响、风攻角对车辆静气动力的影响以及风场的紊流性对车桥静气动力的影响。计算结果表明:由于车辆的干扰,不同风攻角下的桥梁静气动力普遍增大;风攻角对车辆静气动力系数影响比较大;紊流特性对车辆静气动力系数有一定影响,对桥梁静气动力系数影响不大。     

秦沈客运专线多T梁式桥动力特性分析模型

醉地将秦沈客运专线上多片T梁桥、Ⅱ形梁桥、工字钢梁式结合梁桥等几类常用跨度桥梁归为多T梁式桥，然后针对多T梁工桥的空间受力特点，提出了一种对该类桥梁进行动力特性计算或进行车桥耦合振动计算的简便实用的分析模型和计算方法：首先将桥梁沿纵向划分为T形单梁子单元，按梁段单元法考虑每个子单元的弯曲、自由扭转和约束扭转作用，然后分别采用弹性剪切力法和位移约束方程法考虑各T形单梁子单元翼缘板间竖向位移和纵向位移的连续性，最后根据“对号入座”法则导出桥梁结构的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵的计算式。实例分析结果证明本文提出的模型和方法能良好地反映桥梁系统的实际空间振动行为。     

自转向车桥自动旅客输送系统车辆及其动力学性能

自转向车桥是一种新型的轴桥结构,当车辆通过曲线时,自转向车桥的轮胎能够沿着纯滚线的方向转动以减小轮胎的磨耗。设计了一种新型的自转向车桥APM(自动旅客输送)车辆,走行轮胎通过四连杆机构与导向框连接,导向框与车桥能够回转,使得走行轮胎在通过曲线时能够随导向框转动并趋向线路中心线的径向位置。利用Simpack软件建立了自转向车桥APM车辆的动力学模型,走行轮轮胎采用Pacejka模型,导向轮轮胎采用单边间隙力元模拟。仿真分析了自转向车桥APM车辆的曲线通过性能和运行平稳性。仿真结果表明:自转向车桥轮胎APM车辆具有良好的曲线通过性能和适宜的运行平稳性,走行轮的侧偏力随曲线半径增加而显著减小。     

槽形主梁非对称式独塔斜拉桥车桥耦合分析

以某大跨度采用槽形主梁的非对称式独塔斜拉桥为工程背景,建立由斜拉桥和桥上通行列车组成的空间耦合振动分析模型,在建立槽形主梁模型时采用槽形薄壁梁段有限元法。根据势能不变值原理及形成桥梁结构矩阵的"对号入座"法则,导出该车桥系统的空间振动矩阵方程,计算CRH2列车以不同速度通过该桥时的桥梁及车辆振动响应,并对不同车速下桥梁响应的变化规律进行研究。计算结果表明:采用槽形主梁的非对称式独塔斜拉桥具有足够的横、竖向刚度,CRH2列车以不同速度驶过桥梁时,各项振动响应输出值均在限值以内,桥梁整体动力性能良好,列车过桥时的走行性亦能很好地满足。     

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。     

深水库区铁路斜拉桥地震反应分析

以某深水库区铁路大跨度斜拉桥为研究对象,建立考虑动水压力效应的全桥空间动力计算模型,分析动水压力对桥梁动力特性及弹性地震反应的影响程度。结果表明:桥塔附加水体质量对斜拉桥的体系纵漂及体系对称竖弯振型影响较明显;考虑塔身的水体附加质量时,塔身控制截面的地震反应增加较大,且顺桥向地震反应增加明显大于横桥向的地震反应。因此对处在深水库区的铁路大跨桥梁,应考虑水体附加质量对桥梁地震响应的增大效应,否则设计将偏于不安全。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型.基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值...     

基于SIMPACK的钢桁梁斜拉桥车-桥系统动力性能分析

为研究铁路高速化、重载化引起的车-桥系统耦合动力问题,以新建南广客运专线郁江双线主跨228 m钢桁梁斜拉桥为工程背景,采用有限元软件ANSYS建立桥梁的动力模型并进行子结构分析、模态分析;采用多体动力学通用软件SIMPACK建立CRH2动车组模型,通过读取桥梁模态信息,在SIMPACK中实现列车与桥梁的数据交换,最终实现车-桥系统动力性能分析。对分析结果进行评估,结论为:当CRH2动车组以设计速度200km/h通过该桥时,列车走行性具有"优良"的动力性能;以基础设施预留250km/h的速度通过该桥时,除了列车横向总体舒适性指标为"良好"外,其余列车走行性具有"优良"的动力性能。这说明桥梁能提供足够的刚度,满足高速列车运行的高平顺性要求。     

高速铁路钢箱拱桥动力特性及模型简化研究——以南广高铁西江特大桥为例

为了提高该钢拱桥动力特性的数值模拟精度和效率,针对目前复杂变截面结构普遍处理方法的弊端,自主编写开发出一款截面特性精确求解程序。以肇庆西江特大钢拱桥为工程背景,结合ANSYS软件分析研究该钢拱桥全桥模型和两种桥面系简化模型的自振特性,对该桥在地震波作用下的结构响应进行分析。研究结果表明:(1)采用提出的方法建立的模型的自振特性更接近实测值;(2)提出的模型简化理论在提高效率的同时可以保证分析精度;(3)全桥结构在三向埃尔森特罗地震波作用下除桥面跨中位置外没有发生较大位移变形。     

肇庆西江特大桥动力特性分析

南广铁路肇庆西江特大桥为我国目前跨度最大(450 m)的钢箱提篮拱桥,根据大桥的结构特点,采用ANSYS建立了全桥空间有限元模型,利用分块兰卡斯方法计算了该桥的自振频率和振型,并探讨了拱肋内倾角对大跨度钢箱提篮拱桥动力特性的影响,可为该桥的健康监测、抗风和抗震分析提供前提条件和依据,并可为大跨度钢箱提篮拱桥的设计与动力...     

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。     

新安江电站大桥的动力特性和三维地震响应

以新安江两等跨箱形混凝土拱桥为工程背景 ,采用大型有限元分析软件ANSYS建立三维有限元模型并对其进行动力特性分析 ,并用实桥脉动测试结果进行校核 ;在此基础上运用反应谱法和时程分析法相结合 ,计算分析该桥的纵向、横向和竖向地震响应。分析结果对于改进该类拱桥的结构布局和构造设计 ,评价桥梁的动力特性和抗震性能 ,具有重要意义     

钢轨伸缩调节器对地铁钢桥动力效应影响研究

为研究地铁大跨度连续钢桁桥上铺设减振垫无砟轨道时钢轨伸缩调节器的适用性,并对列车运行安全性进行评估,建立地铁列车-轨道-钢桥耦合动力学模型,对列车以不同速度通过桥梁时,设置钢轨伸缩调节器与不设置钢轨伸缩调节器两种工况对车体加速度以及不同激励条件下的轮轨垂向力等指标进行分析;提取钢轨伸缩调节器处结构的动力响应值对梁端结构动力响应进行研究,并对结构动力响应随速度的变化规律进行探索。结果表明,钢轨伸缩调节器对地铁钢桥动力效应影响较小,建议在地铁钢桥的适当区域应该进行钢轨伸缩调节器设置,以减缓无缝线路不良影响。     

无碴轨道桩板结构路基在地震荷载下的动力响应分析

结合遂渝线无碴轨道桩板结构路基,采用天津(1976年)地震波,基于弹塑性本构关系,建立桩、板和土体的三维实体模型,利用有限元软件ANSYS,对桩板结构路基在地震荷载下的动位移、加速度及竖向应力的动力响应进行数值模拟。分析计算结果可知,在地震荷载下桩板结构路基不同位置处的动位移、加速度响应基本一致,滞后现象不明显;桩底持力层的动位移、加速度幅值略小于其他位置。相对于输入的地震加速度,桩板结构路基响应的加速度幅值被放大,而对应的时刻都滞后于输入的加速度最大值的时刻。在桩截面处的承载板受力不利,所以在桩截面处的板截面需加固处理以满足抗震设计要求。桩的存在对周围土体的动力响应有一定的影响,但总体来说,影响程度很有限。