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％.     

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。     

铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动分析

将曲线通过车辆和曲线连续梁桥分为两个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统。运用车桥耦合振动理论,建立铁路车辆曲线通过模型动力方程、曲线梁桥模型及其动力方程。基于激励非线性振动的数值算法,编制曲线梁桥车桥耦合振动分析软件VCBID,进行一座铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动响应分析。结果表明:行驶速度对曲线连续梁桥竖向振幅的影响较大,但曲线连续梁桥的竖向振幅并不总是随行驶速度的增加而增加;曲线连续梁桥的横向位移随行驶速度的增大而增大,大致呈线性关系;车辆的横向加速度、竖向加速度、脱轨系数和轮重减轻率均随车辆行驶速度的增加而增加,且均满足我国现行规范的要求。     

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。     

列车高速交会流固耦合振动数值仿真分析

为了考察流固耦合关系下列车高速交会的安全特性,防止气流与列车相互作用对列车结构和运行安全性造成过大影响,综合计算流体动力学的有限体积法和系统动力学的分析方法,提出一种新的更符合实际的列车交会流固耦合振动仿真方法,同时求解流场方程和系统动力学方程,并采用流固耦合方法和传统的分离方法对350 km/h等速交会安全性进行分析,综合2种方法所得结果与线路试验数据,证明了流固耦合仿真方法的有效性,并分析了2种方法的差异。采用流固耦合方法更能保证列车高速交会安全性。     

超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动分析

针对超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动的问题,提出一种基于轨道梁有限单元模型和磁浮力比例-积分-微分(PID)控制器模型的分析方法。为提高计算效率,整体耦合系统以磁浮力为界,分为车辆和轨道梁2个子系统,车-梁之间的振动耦合则通过PID控制器计算的磁浮力来完成。组成耦合系统的子系统分别采用振型分解法和四阶龙格库塔法计算其振动响应。为验证方法的有效性以及了解超高速磁浮车桥耦合振动特性,使用Mathematica编程进行超高速磁悬浮车-轨道梁的耦合振动分析,得到运行速度为600km/h的车辆和轨道梁的动力响应。研究成果可为超高速磁浮轨道结构设计和关键技术研究提供参考。     

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...     

基于板单元形函数的简支T梁桥车桥振动分析

为研究多片式简支T梁桥的车桥耦合振动问题,提出一种基于矩形薄板形函数的公路桥梁车桥耦合振动分析方法。根据分析方法的计算流程,编制汽车-桥梁耦合系统的动力分析程序,并通过算例分析验证其可靠性。在此基础上,针对目前公路简支梁桥上日益严重的超载超速现象,分析不同车速下重载汽车在车队中的位置、数量及间距对简支T梁桥冲击系数的影响规律。研究结果表明:使用基于矩形薄板形函数的公路桥梁车桥耦合振动分析方法得到的车桥动力响应具有较好的精度;重载汽车在车队的位置对桥梁冲击系数影响不大,但其对邻近车辆影响明显;桥上重载汽车数量保持为2辆,其间距在10 m以上,且车速控制在80 km/h以内,对桥梁相对有利。     

重载列车40m简支钢板梁桥运营安全性分析

运用有限元方法建立了车辆模型(轴重23 t、25 t和30 t)和40 m简支钢板梁桥模型,利用基于模态叠加法的车桥耦合分析软件VBC2.0对车桥耦合振动进行了分析研究,以评定重载列车通过40 m简支钢板梁桥时的运营安全性。     

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。     

车桥耦合振动问题的发展进程与研究现状

对国内外车桥耦合振动问题的研究历史进行了回顾,评述了车桥耦合振动问题的研究现状和最新进展,并对车桥耦合振动问题普遍存在的难点或进一步需要研究的方向进行了概括.     

弹性支承下大跨连续梁桥车桥耦合振动响应分析

为探讨弹性支承下梁桥车桥耦合振动响应,用弹簧-阻尼单元模拟支座,采用9自由度三轴空间整车模型,以三跨连续箱梁桥为研究对象,建立车桥耦合方程,利用ANSYS软件二次开发语言APDL进行仿真分析。研究分析了在弹性支承下,支座刚度、路面不平整度、车速以及行车间距对大跨连续梁桥车桥耦合动力响应的影响。研究结果表明,当支座刚度较小时,支座刚度变化对桥梁动力响应的影响较大,而当支座刚度较大时,支座刚度变化对桥梁的动力响应较小;路面等级越低,桥梁振动频率越趋向于低频化,当与桥梁固有频率接近时,动力响应尤为激烈;车速与行车间距对跨中挠度影响不大,对冲击系数与加速度幅值有较大影响,控制行车速度,保持良好车距可以有效减少车桥耦合振动响应。     

板桁组合桥梁车桥动力分析模型的等效简化方法

以上海轨道交通5号线跨越黄浦江的公路、轨道交通两用连续钢桁梁斜拉桥--闵浦二桥为工程背景,基于梁格法理论,建立大跨度板桁组合体系桥梁车辆-桥梁系统耦合振动分析模型的快速合理的等效简化方法,阐述了此类桥梁的动力特性以及各部分构件对桥梁动力特性的贡献。分析结果表明,等效前后的模型在动力特性方面具有良好的一致性,等效后的模型可用于车桥耦合振动分析。该等效简化方法为建立大跨度板桁组合体系桥梁车桥耦合振动分析的简化模型提供了一种简捷的方法。     

TMD抑制既有铁路钢桁梁桥横向振动研究

针对我国既有铁路钢桁梁桥的振动特性,对机车、转8转向架货车和客车分别建立车桥TMD系统耦合振动方程,将轮对的蛇行及轨面不平顺作为主要的激振源,通过随机函数产生随机激振,利用车桥TMD耦合振动仿真程序的大量模拟计算,研究桥梁在列车尤其是长大空重混编的货物列车随机激励下的横向振动规律,分析多点调频质量阻尼减振器抑制铁路钢桁梁桥横向振动的效果。结果表明,TMD能有效的抑制既有铁路钢桁梁桥的横向振动。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳损伤与剩余寿命评估

提出基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳评估方法,建立车桥动力系统模型进行列车过桥耦合振动分析,求解桥梁构件疲劳应力,在此基础上,采用S-N曲线法对关键构件的疲劳损伤和剩余使用寿命进行评估。以一座铁路下承式钢桁梁桥为例,利用实测应力数据对所提方法进行验证,与既有方法评估结果进行比较,并研究了车速和轨道不平顺对桥梁疲劳性能的影响。结果表明:本文方法所得构件疲劳应力与实测数据符合较好,能够对铁路钢桥疲劳损伤和使用寿命进行准确评估;列车速度对桥梁疲劳性能有显著的影响,构件疲劳损伤程度并不一定随着车速的提高而增大;轨道不平顺能够显著影响桥梁疲劳损伤累积,轨道平顺性越好,构件疲劳损伤程度越低,加强轨道维护、保持良好轨道状态能够有效延长铁路钢桥的疲劳使用寿命。     

芜湖长江大桥引桥加固及车桥动力分析

介绍芜湖长江大桥引桥的加固方案,并运用车桥耦合振动理论。将车桥作为联合动力体系,建立车桥耦合动力分析模型,分析加固前、后桥梁的静力和动力特性以及车桥动力响应特点和加固的有效性。