基于人工蜂群算法的桥梁有限元模型局部刚度修正

在保持梁单元模型计算效率优势的前提下,为尽可能提高桥梁结构有限元模型的精度,提出一种基于人工蜂群算法的桥梁结构有限元模型局部刚度修正方法.以某刚构体系斜拉桥塔梁连接处的有限元模拟为例,对塔梁结合局部区域分别建立精细的实体元模型和宏观的梁单元模型.基于实体元模型的自振模态频率和静载响应转角构造目标函数,采用人工蜂群算法对宏观梁单元模型局部刚度参数进行优化和修正.研究结果表明:使用人工蜂群算法修正桥梁有限元模型局部刚度是可靠的,修正后桥梁宏观梁单元模型的静动力学性能更逼近实体元模型;算例中修正后的塔梁结合区域内梁单元刚度增强至修正前的1.09～2.93倍,且塔、梁单元刚度增幅不一.     

基于模态参数的梁桥结构模型边界条件参数修正

针对实际桥梁结构复杂的边界条件,详细分析边界条件的附加约束参数。以梁桥结构的水平平动附加约束与扭转附加约束参数为讨论对象,采用最小二乘约束优化反演理论,建立以模态参数实测值与理论计算值误差平方和最小为目标的桥梁结构边界条件变异参数约束优化反演求解问题。在其基础上引入矩阵摄动理论,将结构动力方程的特征值及特征向量一阶摄动代入所建立约束优化方程,显著提高优化求解效率,并通过迭代求解的方式提高边界条件变异参数的求解精度。编制相应求解程序,通过某磁浮轨道梁方案的损伤识别验证表明,仅用前几阶仿真计算得到的模拟实测频率与振型经过4次迭代即可精确反演桥梁结构边界条件变异参数。     

三种浮置式轨道结构的振动模态对比分析

针对现有的三种浮置式轨道结构建立三维有限元模型,通过大型有限元软件ANSYS对三者在各项不同参数影响的境况下做模态分析,得到三种浮置式轨道结构的固有频率和振型,而后再做比较,提出在不同工况条件下的较佳的理论方案,并为浮置式轨道的其他动力特性分析提供了一个关键的模态参数.     

基于车桥耦合的磁浮轨道梁中速适应性研究

研究目的:为探讨25 m跨长沙既有磁浮简支梁桥与梁上承轨简支梁桥两种轨道梁结构的中速适应性,基于有限元原理建立两种磁浮轨道梁的有限元动力分析模型,对其自振特性进行分析;基于多体动力学理论,建立了具有120个自由度的中低速磁浮车辆动力学模型;考虑PID悬浮主动控制下的悬浮控制力,建立了完善的磁浮列车-轨道梁-控制器耦合模型。依据该耦合模型进一步开展了车辆提速后两种不同轨道梁形式下的车桥耦合振动响应研究。研究结论:(1)梁上承轨简支梁桥相对于长沙既有磁浮简支梁桥具有更优的动力学性能;(2) F轨垂向位移、桥梁跨中垂向位移及加速度值相对减小幅度分别约为57. 25%、61. 26%及70. 59%;(3)车体垂向加速度与电磁悬浮力减小幅度最高分别可达25. 53%及10. 93%;(4)本研究结果可供中速磁浮桥梁结构设计参考。     

基于静动力测试数据的斜拉桥模型修正

对大跨度桥梁结构进行健康监测研究的首要问题,是建立一个满足工程精度要求、反映桥梁结构力学特性的有限元模型.本文以成桥荷载试验静测中的位移和动测中的频率作为状态变量,以各项实测值与相应计算值的百分比偏差的平方和作为目标函数,结合ANSYS的优化分析功能,对大型桥梁结构的初始有限元模型的计算参数进行修正.修正过程中引入约束条件限制各待修正参数和状态变量的变化范围,使得修正后的各参数具有明确的物理意义.修正后的有限元模型为桥梁健康监测计算分析提供了更加切合实际的数学模型,也验证采用ANSYS进行模型修正的可行性.所提方法可供同类大跨桥梁结构的有限元模型修正借鉴.     

减振型板式轨道的模态分析

以减振型板式轨道为研究对象,运用ANSYS有限元软件,建立减振型板式轨道的三维实体有限元计算模型,对不同结构尺寸以及不同扣件刚度与支承间距条件下的轨道结构进行了模态分析,得到了系统的固有频率与模态振型.计算结果表明,轨道板结构尺寸对系统的固有频率影响较大,为分析板式轨道结构的振动性能和系统的改进设计提供了理论依据.     

磁浮车辆—道岔振动特征分析

磁浮车辆系统耦合振动直接影响车辆运行舒适性和安全性。针对磁浮车辆通过轨道道岔所产生的振动问题,以试验手段研究车辆与道岔耦合振动传递关系。运用锤击法测量轨道道岔模态参数,结合磁浮车辆动态在线振动频率特征分析得出,在初始条件下,车辆驶入轨道道岔,激发道岔的固有频率,导致车辆与道岔发生耦合共振。改善道岔刚度后,其共振现象消失,车辆可平稳通过轨道道岔。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道脱空状态对结构模态的影响

以CRTSⅠ型板式无砟轨道作为研究对象,运用有限元软件ANSYS,建立有限元梁体模型,对轨道板不同脱空长度的轨道结构进行模态分析,为轨道结构的损伤识别提供理论指导。计算结果表明:随着轨道板脱空长度的增加,轨道结构的同阶固有频率减小;振型的波峰逐渐向脱空区域移动,在脱空区域轨道板的垂向位移增大,轨道板与凸台分离明显。     

基于CAD/CAE/CAT的圆锯床模态分析及集成优化设计

在Solidworks中建立了圆锯床的整机三维模型并导入到有限元软件ANSYS中,在考虑了机床整机结合部的条件下进行模态分析,得到锯床前6阶的固有频率和振型。利用LMS振动噪声测试系统进行了锯床整机的模态测试,通过实测结果来验证理论分析的准确性。通过对比分析确定了立柱为该锯床整机结构在动态特性上的薄弱环节,并针对立柱做出了改进设计方案。使用最新的CAD/CAE集成优化软件ISIGHT对立柱结构进行参数优化设计,以立柱的前三阶模态为优化目标,经过优化循环迭代计算后得到参数设定范围内最优参数值。研究结果表明:从振型上看,有限元分析分析结果中的二、三、四、五阶模态与测试结果的一、三、四、五阶模态分别对应,固有频率数值上二、三阶模态接近实测值,四、五阶模态相差约20%。相比于初始值,第一阶固有频率提高20%左右;第二、三阶固有频率提高幅度达到50%左右。     

高速磁浮列车车体承载结构优化设计研究

高度轻量化设计是具有三明治复合板结构特征的高速磁浮列车技术关键之一。本文首先通过对多种三明治复合板建模方法的分析比较,探讨了适合于三明治板大型结构有限元分析的既有工程精度又较为经济的建模方法;然后,运用优化技术对三明治复合板高速磁浮车体承载结构,建立了以车体结构轻量化为目标函数,以板厚为设计变量,以应力、挠度和一阶弯曲自振频率为约束条件的优化设计模型,并进行结构优化分析研究,获得了高速磁浮车体承载结构的轻量化优化设计方案。     

高速列车U型橡胶外风挡结构模态有限元计算与试验分析

随着旅客列车运行速度的提升,安装在车厢连接处的U型橡胶外风挡结构在列车空气动力作用下产生变形振动,当气动载荷的激励频率接近外风挡结构固有频率时易引起共振现象。为分析U型橡胶外风挡结构固有动态特性,利用模态有限元计算和试验相结合的方法,比较有限元模态计算中2种材料本构模型的区别,并研究模态试验激励点与响应点位置对U型橡胶外风挡结构模态参数的影响。研究结果表明:有限元模态分析时,网格单元层数过少导致计算结果刚度偏大;采用Mooney-Rivlin本构模型计算橡胶材料模态参数相对于线弹性更为合适;有限元模态分析所得结构振型可为模态试验响应点位置的选择提供指导。研究成果可为高速列车U型橡胶外风挡结构设计提供参考。     

中低速磁浮交通轨排连接性能对轨道动力响应的影响

中低速磁浮交通轨道结构振动直接影响着行车安全。以中低速磁浮轨排-桥梁结构为研究对象,通过锤击模态试验、有限元理论模拟等方法分析螺栓连接性能对轨道动力响应的影响。研究表明:锚固螺栓在正常工况下,F轨的竖向自振频率集中在60~100 Hz,谐响应频率在80 Hz以上;锚固螺栓的松动导致F轨自振频率大幅降低,谐响应频率明显降低;在列车荷载作用下轨排振动大幅提高。锚固螺栓松动改变了轨排的振动传递性,直接影响悬浮控制系统的调节过程,容易引发异常共振。     

不同约束条件下中低速磁浮道岔主动梁自振特性

为了探究中低速磁浮道岔主动梁自振特性,以清远磁浮旅游线道岔系统为对象,建立3台车和2台车道岔主动梁的有限元模型,对安装面刚性约束和弹性约束下道岔主动梁进行有限元模态分析,与道岔主动梁自振特性实测结果进行对比,研究结果表明:安装面位移约束下3台车和2台车道岔梁的低阶模态频率显著大于实测值,弹性约束下道岔梁模态分析结果与实测结果接近,故中低速磁浮道岔梁有限元建模时应施加弹性约束;相较于2台车道岔梁方案, 3台车道岔梁的垂弯模态频率有明显提高,但10～30 Hz频率内的横弯和扭转模态频率变化不大,仅仅增加中间台车抑制和减缓磁浮车岔15～20 Hz耦合共振的效果并不理想,提高道岔梁阻尼和加强道岔梁约束是更合理的选择。     

CRTS III型板式无砟轨道结构的多尺度有限元模型

为了对我国自行研发的CRTSIII型板式无砟轨道结构的力学特性进行进一步深化研究,基于多尺度有限元模型的基本思想,对板式无砟轨道结构的传统有限元进行了改进和深化,在通用有限元程序ABAQUS中建立了板式无砟轨道结构的多尺度有限元模型。通过建立不同的有限元模型进行对比分析计算,证明了多尺度有限元模型在保证计算结果精度的同时,能够有效提高建模速度和求解效率。该模型适用于对CRTSIII型板式无砟轨道结构的力学性能开展大量参数分析,进而优化其关键参数和构造。     

转向架构架的结构灵敏度研究

转向架的构架是平台化地铁列车的关键部件,为了校核和优化构架结构的可靠性,文章将构架参数作为设计变量,利用有限元方法从结构强度和弹性模态2个角度开展灵敏度分析。研究结果显示：构架前4阶模态频率主要受横梁上盖板和下盖板厚度的影响,而模态振型受各参数的影响较小。灵敏度分析方法精准确定了构架轻量化和安全化设计的参数目标和方向,不仅有效提高了参数优化效率,更降低了计算量,为后续产品的设计优化提供了参考。     

磁浮车不能稳定悬停在钢轨道框架上的原因分析

磁浮车辆不能稳定悬停在钢轨道框架上的原因,是由于钢轨道框架的自振频率与磁浮车的振动频率相近而引起的。用ANSYS软件分析了两种不同钢轨道框架的自振频率及模态。通过改变钢轨道框架立柱的侧向刚度,可以使结构的固有频率避开磁浮车的失稳频率敏感区。     

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构的多尺度有限元模型

为了对我国自行研发的CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的力学特性进行进一步深化研究,基于多尺度有限元模型的基本思想,对板式无砟轨道结构的传统有限元进行了改进和深化,在通用有限元程序ABAQUS中建立了板式无砟轨道结构的多尺度有限元模型。通过建立不同的有限元模型进行对比分析计算,证明了多尺度有限元模型在保证计算结果精度的同时,能够有效提高建模速度和求解效率。该模型适用于对CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的力学性能开展大量参数分析,进而优化其关键参数和构造。     

基于径向基函数响应面方法的大跨度斜拉桥有限元模型修正

采用ANSYS有限元软件建立某大跨度斜拉桥试验室物理模型的三维有限元模型.基于灵敏度分析,选取模型待修正参数和用于模型修正的特征量.采用实验设计方法生成数样本,通过有限元分析提取对应的特征量信息,进而建立待修正参数与特征量关系的径向基函数响应面模型.通过对响应面模型的拟合误差分析,确定径向基函数的最优形状参数.以斜拉桥自振频率和静态索力构建目标函数.基于建立的响应面模型,采用遗传优化算法进行有限元模型修正.结果表明,采用径向基函数响应面模型拟合斜拉桥设计参数与特征量之间的隐式关系有较高的精度;基于仿真数据的模型修正有较高的精度,基于试验数据的模型修正能得到合理的结果,该方法可有效地修正复杂桥梁结构有限元模型.     

中低速磁浮列车-轨道梁竖向耦合模型与验证

研究目的:在我国新建中低速磁浮运营线的背景下,因中低速磁浮轨道梁较为轻巧,为保证磁浮列车行车安全及舒适性,需对其进行磁浮列车-轨道梁耦合振动分析验证。本文以株洲某厂磁浮试验线20 m简支梁为工程背景,建立车辆为12个自由度的二系悬挂质量-弹簧-阻尼模型,并考虑轨道不平顺对车桥振动的影响,建立磁浮列车-轨道梁竖向耦合振动分析模型,且编制仿真分析软件VTBIM,通过仿真值与现场试验实测值的对比,验证所建模型的合理性。研究结论:(1)现场试验测试轨道梁基频、振型及轨道梁跨中动挠度/加速度,轨道梁基频及振型测试结果比仿真值略小;(2)磁浮车辆通过简支梁时,梁跨中竖向挠度/加速度的实测值均略小于仿真值,仿真值随车速的变化规律与实测值规律一致,挠度时程曲线仿真值与实测波形基本一致;(3)研究结果表明本文所建立的中低速磁浮列车-轨道梁竖向耦合振动模型合理,编制的仿真分析软件的计算结果可信;(4)该研究结果可用于中低速磁浮轨道梁设计参考。     

轨道牵引电机铁心材料参数识别

由薄硅钢片叠压而成的铁心结构被广泛应用于轨道牵引电机,其具有横观各向同性特征.通过模态实验与参数识别,获取了铁心模态测试数据与有限元模型的相关性,确定了铁心属性相关参数,基于该材料参数建立的有限元模型分析结果与实验吻合度较高.同时进一步分析了铁心轴向长度、叠压力值对参数的影响,轴向长度参数对铁心有"钢化"效应,在工艺参...