关于列车-轨道(桥梁)时变系统空间振动方程的建立及其求解

分析了国内外在列车一轨道(桥梁)时变系统空间振动方程的建立及其求解过程中存在的根本问题：基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则(它不是一般的有限元分析中的计算机编码法和刚度集成法),可以很好地克服这一根本问题,同时还可以简便有效地建立并求解此时变系统空间振动方程,在直线轨道及桥梁上货物列车脱轨计算中取得了良好效果。对2座桥上列车走行安全性、平稳性及舒适性进行了分析,分析结果已被有关铁路局采用。     

高速铁路多Ⅱ形预应力混凝土梁桥动力特性及列车走行性分析

提出了高速铁路多Ⅱ形预应力混凝土梁桥空间振动分析模型及列车－多Ⅱ形梁桥时变系统空间振动方程的建立方法，用它可简便分析跨宽比很小的多Ⅱ形梁桥与列车系统的空间振动，亦用可于一般单Ⅱ形梁桥考虑畸变与翘曲的静、动力分析。实例分析结果证明本文提出的模型和方法能良好地反映列车与桥梁系统的实际空间振动行为。     

列车脱轨机理与脱轨分析理论研究

在分析国内外脱轨研究现状的基础上，总结出脱轨研究中存在如下主要问题。（1）现有预防脱轨标准对实际列车脱轨没有控制作用。（2）不明原因列车脱轨机理不明确。（3）列车脱轨计算存在3个根本问题：①列车-轨道（桥梁）时变系统振动方程组的建立与求解未满足轮轨位移衔接条件；②仅以轨道横向不平顺作为列车-轨道（桥梁）时变系统横向振动的激振源，未考虑根本激振源——轮轨接触状态的影响；③仅以轨道不平顺的随机性和按时不变系统随机振动分析理论，     

大跨铁路钢桁梁桥的车—桥耦合振动分析

采用界面位移综合法，分析计算了某大跨（每跨１４４ｍ）双线下承式铁路三跨连续钢桁梁桥在东风４型机车通过时的动力响应。文中将机车作为３３个自由度的振动体系，建立了机车的动力学方程；采用空间梁单元建立了该桁梁桥的振动方程；建立了列车过桥时考虑轨道运动及轨道不平顺时车－桥系统的动力学方程式。按Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法模拟轨道不平顺，模拟计算了列车过桥时车－桥系统的空间动力响应。最后，列出了计算结果，并对计     

高速铁路多Π形预应力混凝土梁桥动力特性及列车走行性分析

提出了高速铁路多Π形预应力混凝土梁桥空间振动分析模型及列车-多Π形梁桥时变系统空间振动方程的建立方法,用它可简便分析跨宽比很小的多Π形梁桥与列车系统的空间振动,亦可用于一般单Π形梁桥考虑畸变与翘曲的静、动力分析.实例分析结果证明本文提出的模型和方法能良好地反映列车与桥梁系统的实际空间振动行为.     

轻轨车-轨道梁-刚构桥空间耦合振动分析及乘坐舒适性评价

提出一种跨座式轻轨车、轨道梁及刚构桥空间耦合振动时域分析方法。轨道梁及刚构桥采用常规有限单元模拟,跨座式轻轨车采用弹簧阻尼相连的多刚体模拟,可方便考虑走行轮、导向轮、稳定轮下轨道不平顺影响,每一积分步内对桥梁系统动力方程扩展,建立轻轨车-轨道梁-刚构桥时变系统空间振动方程,采用直接积分法同时求解三者空间动力响应,并编制相应计算分析程序。针对目前世界最大跨度轻轨专用刚构桥96m+160m+96m,探讨车速、单线行车、双线对开等不同工况对三者动力响应影响并对轻轨车进行乘坐舒适度评价。结果表明:在设计行车速度下,乘客可安全舒适通过该桥。该方法可运用于跨座式轻轨车与其它轨道梁或桥梁空间振动分析。     

大跨度铁路桥梁车桥动力响应理论分析及试验研究

本文系统地研究了铁路桥梁车桥空间耦合动力响应问题，提出了切合实际的桥梁、机车车辆振动及其相互作用的计算机模型，针对桥上轨道变形提出了考虑轨道变形的轮轨关系，采用轨道不平顺的数值模拟波作为车桥系统的激励源，并在此基础上建立了车桥动力方程组迭代求解法。     

风攻角对车-桥系统气动特性及耦合振动的影响

为研究强风作用下风攻角对车?桥系统气动特性以及车桥耦合振动的影响,以某大跨度铁路悬索桥为研究对象,通过节段模型风洞试验测得在不同风攻角条件下的车、桥气动力并探寻其受风攻角变化影响的规律.依据弹性系统动力学总势能不变值原理进一步建立可考虑风荷载作用的车?桥系统耦合振动方程,求解方程并就风攻角变化对桥梁和列车的动力响应的影...     

公路桥梁2种车桥耦合振动分析方法的对比研究

基于有限单元法和虚功原理,分别采用整体法和分离法推导公路车桥耦合系统的振动方程,根据2种方法的分析流程,运用Visual Fortran6.5语言编制车桥耦合振动分析程序,在此基础上,通过算例分析对比研究2种车桥耦合分析方法,阐明二者的差异、优缺点和适用情况。研究结果表明:整体法和分离法的主要差异在于车桥相互作用力的处理方式以及车桥耦合振动方程的建立和求解方法不同;整体法要求计算机内存较大,不宜用于跳车分析,但便于计算桥梁的有载频率;分离法适用范围较广,求解速度快,可用于跳车分析,但需迭代求解车桥运动方程,收敛性不易保证。     

大跨度斜拉桥辅助索对索网系统面内自由振动特性的影响研究

大跨度斜拉桥斜拉索可通过辅助索连接形成索网系统,从而达到减振目的.为深入了解索网系统的真实动力行为,提高索网系统振动频率测试的准确性,以多层不等长索网系统为研究对象,通过理论推导建立索网系统平衡方程,借助MATHEMATICA对系统自振频率及振型进行求解,分析其面内自由振动特性;并使用数值模拟和试验方法对解析结果进行验...     

横风作用下高速列车-板式轨道系统空间振动分析

基于高速列车-板式轨道系统空间振动分析理论,考虑横风作用效应,建立了风-高速列车-板式轨道系统振动分析模型,推导了列车风荷载势能;将它与列车振动势能及板式轨道振动势能相加,得出系统振动总势能;根据弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立系统空间振动矩阵方程,并编制了相应计算程序.分析了横风作用下高速列车和板式轨道的动力响应.研究结果表明:横风对车体的横向及竖向位移、轮重减载率、倾覆系数等有很大影响,对脱轨系数、横向Sperling 指标有一定的影响,而对钢轨的横向及竖向位移影响很小.     

车辆随机振动的协方差分析方法

随着车辆行驶速度的提高，旅客舒适度和行车安全性受到损害。为了有效分析这一问题，在车辆动力学的基础上引入激励成型滤波器和感觉成型滤波器，将“路－车－人”三者耦合成为一个整体动力学系统，建立完整的理论计算模型，对轨道不平顺，线性及非线性车辆模型及振动对人作用产生的感觉进行综合分析。轨道几何不平顺为平稳的正态分布和各态历经的随机变量。用多刚体系统动力学推导车辆系统运动方程。以协方差分析法在时域进行理论建模分析。引入感觉成型滤波器产生输出信号以评这振动对人体反应程度。通过求解里雅普诺夫方程直接得出有关重要参数的方差值。因为是求解线性代表方程组，计算速度快，免去频率分析法需要对谱密度函数进行积分的困难，适用于非线性及时变系统的分析，适于应用现代控制理论进行车辆系统动态特性（包括舒适度及安全性）的控制，对多输入和多输出实定量分析与综合性能控制，可有效分析高速车辆动力学特性。     

弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响分析

为研究弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响,将车体结构等效为自由梁,建立车体结构的n阶垂弯振动方程,并联合车体结构与设备的刚体振动,建立整备车体的刚柔耦合运动方程。通过求解系统运动方程的特征根问题,得到设备的质量、悬挂频率和悬挂位置对整备车体模态的影响规律。结果显示,当弹性悬挂设备的悬挂频率远小于车体结构1阶垂弯频率时,其质量和位置对整备车体模态影响较小,但当其悬挂频率接近车体结构1阶垂弯频率时,将使整备车体1阶垂弯频率急剧减小,且设备越靠近车体中央位置,减小越明显。     

双线铁路下承式连续梁拱组合桥列车一桥梁时变系统空间振动随机分析

在列车一桥梁时变系统横向振动能量随机分析理论的基础上，采用26个自由度的列车空间振动模型，以空间梁单元模拟桥梁结构，以普通空间梁元即12自由度的空间梁元来模拟拱及吊杆结构，建立了双线铁路下承式连续梁拱组合式桥列车一桥梁时变系统空间振动分析模型，分别以构架人工蛇行波及前苏联规律性的竖向不平顺函数为横向及竖向激振源，进行双线铁路下承式连续梁拱组合式桥列车一桥梁时变系统空间振动响应分析。计算了列车以不同车速通过桥梁的空间振动响应，所得结果可供设计参考。     

天兴洲公铁分建40 m简支梁桥客运线上高速列车脱轨控制研究

基于高速列车-桥梁时变系统空间振动分析模型,采用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立此系统空间振动方程。运用列车脱轨能量随机分析理论,对天兴洲公铁分建40 m简支梁桥客运线上高速列车在设计车速以内是否脱轨及在不脱轨条件下高速列车走行舒适性进行分析。研究结果表明:该桥上高速列车在300km/h车速以内运行时不会脱轨;高速列车走行舒适性均在良好标准以上;该桥竖向振动加速度满足要求。     

机车万向轴驱动系统动力学分析

本文介绍“机车万向轴驱动系统各驱动单元的基本运动关系、轮轨相互作用特性及传动装置的驱动特性为基础，建立了适用于各种布置型式的万向轴驱动系统动力学计算通用方程。并分析了机车万向轴驱动系统的几种主要振动型式，包括系统的自由振动、机车正常牵引时的振动、轮轨摩擦振动及粘滑振动。     

简化地铁移动荷载引起的混凝土路面振动分析

在Biot波动理论的基础上,分析移动点荷载引起的混凝土层表面振动情况。首先,建立问题的简化模型,地面假定由3层构成,其中第1层和第2层为黏弹性混凝土材料,第3层为饱和土半无限空间,将铁轨视作欧拉-伯努利梁,置于第1层和第2层的界面处。然后,通过对饱和土体运动方程进行时域-空间域双重Fourier变换,得到饱和土中以势函数形式表示的位移、应力和孔隙水压力。根据问题的边界条件,得到方程系统,利用Cramer法则以及分块矩阵计算行列式方法,求解势函数中的待定系数。进一步通过双重Fourier逆变换和Dirac函数的性质,得到混凝土表面位移的表达式。数值计算中对模型进行验证,并对影响地面位移的混凝土层厚度和剪切模量等进行分析。     

列车—直线轨道空间耦合时变系统振动分析

－直线轨道空间耦合振动分析模型，其中车辆（包括机车）表示成１９自由度是体系统模型，轨道离散成３０自由度空间轨道单元。以势能驻值原理和“对号入座”法则形成空间耦合时变系统的振动矩阵方程，以振支能量随机分析原理为基础，实测构架蛇行波随机模拟出各种速度下的构架人工蛇行波作为激振源，采用Ｗｉｌｓｏｎθ法注解各响应的时程曲线，计算结果与列车、轨道振动测试结果一致，首次得出了轨枕横向、竖向振动计算时程曲线与实     

基于弹性构架的地铁车辆动力学分析

为避免车辆弹性动力学分析中自由度数多、求解方程慢的问题,运用Guyan矩阵缩减理论选出模型中能描述动力学行为的部分。运用Ritz模态向量叠加理论考虑构架的弹性变形对地铁车辆动力学行为的影响。用车辆系统的位形坐标与构架的模态坐标建立刚—柔混合多体系统动力学模型,使自由度得到缩减。从而较快得到地铁车辆具有构架弹性振动的动力学响应,其结果与刚体动力学模型相比有明显差别。     

车桥系统空间非平稳随机分析

采用虚拟激励法将轨道高低、方向和左右轨高差不平顺转化为一系列简谐荷载,将非平稳振动分析转化为确定性的时间历程分析,进行三维车桥系统空间非平稳随机分析。采用分离迭代法求解车桥系统运动方程,运用三倍差原理确定系统响应的最大和最小值,讨论系统响应的功率谱密度。研究表明:车体振动、桥梁跨中横向响应和轮对受到的横向轮轨力的随机性较大,轨道不平顺是其主要影响因素,桥梁跨中垂向响应及轮对受到的垂向轮轨力主要由确定性荷载引起。