接触网空间相关随机风场的模拟研究

针对接触网的结构特点,在不降低精度的前提下,对风速相干函数及功率谱密度函数进行了适当简化,提出了基于多变量谐波合成法的接触网随机脉动风速场的模拟模型。该模型采用了适合接触网脉动风场计算的沿高度不变的Davenport谱,考虑了紊流风速在不同节点的相关关系,同时引入了水平风速的相位差;利用FFT(the fast Fourier transform technique)技术来代替谐波叠加的算法提高了谐波项合成效率。最后,应用该方法模拟了新疆兰新线百里风区接触网的随机风场。计算结果表明,互功谱密度函数、互相关函数与目标结果非常吻合,说明所提出的模型可以准确地模拟出适合接触网结构的随机脉动风场。     

强风地区接触网风振响应分析

接触网体系兼有高柔性、大跨度等特点,具有非常强的几何非线形,对风荷载非常敏感。强风地区因风载所致的损坏是接触网体系经常发生的破坏形式之一。以新疆强风地区某段接触网为研究对象,针对接触网的结构特点,利用通用软件Ansys建立了单个锚段的支撑结构与线耦合的有限元模型,并采用Davenport功率谱模拟了针对接触网结构特点的风速时程,采用非线形有限元法,获得接触网在不同平均风速下脉动风荷载作用的风振响应时程,并与利用传统的风荷载计算方法(静态方法)的风振响应进行了比较分析。结果表明:脉动风对接触网的风振响应影响很大,采用传统计算方法(静态方法)计算结果偏于不安全,在设计时应考虑脉动风的影响,采用动态计算方法。     

京沪高速铁路南京长江斜拉桥方案行车临界风速分析

提出一种在风荷载作用下对列车桥梁时变系统空间振动响应进行仿真计算的有效方法。针对京沪高速铁路南京长江斜拉桥方案。考虑脉动风沿桥梁纵向的空间相关性，随机模拟出沿桥跨若干点处的风速时程曲线，采用时域分析法对脉动风作用下高速列车通过该桥时的车桥时变系统动力响应进行较详细的分析。从安全性与舒适性两方面计算分析该桥列车行车的临界风速，得出了该桥能确保安全与舒适行车的预警风速和能确保安全行车的封闭桥梁风速。     

基于谱分解法的自锚式悬索桥桥梁风致抖振计算分析

自锚式悬索桥是一种大跨度柔性结构体系,该桥型经受脉动风作用时容易发生较大的抖振响应,对于该种桥型进行风致抖振的研究探讨具有较强的实际意义。以自锚式悬索桥武汉汉江六桥为工程实例,进行风致抖振分析。具体分析流程为:通过计算流体力学软件对桥梁进行气动分析,得到桥梁抗风分析方程中的重要参数静力三分力系数。通过对桥址处风场资料的分析,采用规范规定的风谱密度函数,利用谱分解法将脉动风谱转换成脉动风时程,同时结合准定常气动理论将风时程转换成风力时程实现气动力的时域化。利用有限元软件建立桥梁的空间模型并分析自锚式悬索桥动力特性。通过自编数值程序和有限软件的结合将风力时程加载在桥梁模型上,实现桥梁在时程风力作用下抖振响应的数值模拟。其计算结果表明:该桥在风致抖振作用下性能良好,结构具有良好的气动性。结合计算流体力学软件、数值分析软件、有限元软件的桥梁抗风计算方法和模式,可以在其他自锚式悬索桥风致抖振计算中参考使用。     

赤石特大桥索塔三分力系数识别与抗风时程分析

介绍风速时程模拟方法,特别针对谐波合成法进行论述。以赤石特大桥为例,采用Fluent软件进行-4°～4°攻角范围内特定截面的三分力系数模拟分析,结果表明,当攻角为1°时,阻力系数最大。根据现场采集的风速样本,针对5号塔进行抗风时程分析,研究结果表明:采用不同的计算标准,动力系数结果并不一致,甚至当以横桥向弯矩为标准,脉动风荷载作用下索塔没有表现出动力放大效应;在桥面脉动风荷载作用、塔顶脉动风荷载作用下,塔顶的最大位移、索塔底部最大应力均在容许范围之内;索塔横桥向刚度远大于顺桥向,抗风分析应以顺桥向为主;采用不同的标准计算动力系数结果不同,进行拟静力分析时建议采用动力系数的最大值。     

随机风场下高速铁路接触线风振疲劳分析

高速铁路接触网在随机风场的作用下产生短周期变化的应力循环,影响接触网的疲劳寿命。本文采用Davenport和Panosfsky功率谱分别模拟适用于接触网系统的水平和竖直方向上的脉动风时程,推导了作用在接触网上的气动力。在有限元分析软件MSC-Marc中建立高速铁路接触网有限元模型,通过非线性有限元求解得到随机风场下接触线各单元的应力时程。运用改进的雨流计数法对疲劳应力谱进行统计处理,并经Goodman直线修正,得到每个应力循环的等效应力幅值。基于Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤准则,对接触线特征单元的疲劳寿命进行估计。研究结果表明:在强风地区,脉动风对接触网风振疲劳影响较为显著;接触线的风振疲劳不利位置出现在定位点和吊弦点处;风攻角决定了接触线风振疲劳不利位置的具体分布。研究结果可为强风地区接触网疲劳设计、日常维护及故障分析提供依据。     

强风地区接触网动力稳定性分析

以兰新线强风地区某段接触网为研究对象,根据接触网的结构特点,利用通用有限元分析软件ANSYS建立单个锚段的支持结构与线耦合的有限元模型。采用Davenport功率谱模拟了适用于接触网结构特点的风速时程,应用非线性有限元法获得接触网在不同平均风速下脉动风荷载作用的风振响应时程;根据特征响应点的风振响应时程,运用Budiansky-Roth准则和动态增量法分析比较接触网结构特性对接触网动力稳定性的影响。分析结果表明:由于兰新线百里风区的最大风速达到了74m.s-1,因此选用跨距小于50m、承力索张力大于15kN的接触网结构较为适宜;通过适当增加承力索张力、减小接触网跨距和降低接触导线高度等措施可有效改善接触网结构的抗风稳定性,而增加吊线数对提高接触网动力稳定性的效果较小。     

风-车-桥系统非线性空间耦合振动研究

将风、车、桥三者作为一个交互作用、协调工作的耦合振动系统,较全面地考虑风桥间的流固耦合作用、车桥间的固体接触耦合作用、风对车的空间脉动作用及整个系统的时变特性。主要研究内容如下。基于自由振动信号,提出一种颤振导数识别的新方法———加权整体最小二乘法(WELS),以识别桥道断面的颤振导数。为考虑斜拉桥桥塔风效应,根据大跨度斜拉桥结构形式特点,结合脉动风的相关特性,提出一种简化的大跨度斜拉桥三维脉动风场模拟方法。该方法将实际面状的三维相关脉动风速场简化为多个沿桥塔及主梁线状分布的独立一维脉动风速场,从而大…     

基于高阶谱差分的CAA模型预测高速列车过隧微气压波

高速列车以大于300km/h的速度穿越隧道时,在隧道出口形成的微气压波具有较强的非线性。该微气压波幅值的数量级达到102 Pa,难以用传统的CFD方法(2阶精度)精确模拟。基于高阶谱差分的CAA模型是一种值得尝试的方法。CAA方法能在强非线性区域保持流体变量和声学变量的传递精度,高阶谱差分方法能够融入非结构网格,获得较高的计算效率和几何灵活性。本文在动模型试验平台开展200~350km/h速度下的微气压波缩比试验研究;采用基于3阶谱差分的CAA方法,对轴对称圆管模型,数值研究了管口气压爆波的产生和近场辐射特性。数值结果和缩比试验结果的一致性,验证了该数值方法的准确性和可靠性。     

列车动力响应的平稳性和各态历经性分析

研究列车动力响应的平稳性和各态历经性对寻求列车动力响应随机过程的统计规律具有重要意义.基于多体动力学理论,采用多体动力学分析软件Simpack建立国内某高速列车动车车辆的多体动力学模型.采用三角级数法模拟得到的轨道不平顺作为随机输入激励计算得到列车以不同速度行驶不同距离的动力响应时程样本序列.进一步运用平稳性检验方法中...     

350～400km·h~(-1)高速列车作用于声屏障的脉动风荷载特性研究

针对350~400km·h~(-1)高速列车作用于声屏障的脉动风荷载问题,基于三维非稳态的k-ε两方程紊流模型,采用移动网格的数值仿真计算多种车速、多种屏轨距条件下列车通过声屏障区域的动态风场过程,得出声屏障各部位的脉动风荷载时程曲线等各类结果数据及多种参数的影响规律,并与实测资料进行对比分析。结果表明:300~400km·h~(-1)列车脉动风荷载随列车速度的增加而加速增大,与声屏障至线路中心距离呈现近双曲线性反比关系,风压值分布沿声屏障高度呈现底部大、顶部小的规律;理论计算风压值及其与实测列车脉动风荷载时程曲线形状、参数影响规律等均相符较好,部分计算风压量值略大于实测值,原因在于计算中列车及声屏障模型光滑表面的模拟方法忽略了实际粗糙表面的风阻等因素。在仿真与实测的基础上,提出380~400km·h~(-1)高速列车脉动风荷载的最大风压取值建议及广义振动频率范围1.96~4.79Hz等动力设计建议。     

空心电抗器电感的多变量拟合及其优化

提出了电感的多变量拟合方法,在拟合电感值与电抗器的内径、匝数、导线线径单变量关系的基础上,结合最小二乘法,求解出电感与这些变量之间的多变量关系。拟合的结果与有限元法计算结果一致,揭示了物理量间的内部规律,证明了该方法的有效性。基于其内部规律,结合拟合结果,应用序列二次规划法（SQP）对电抗器进行优化,提高了优化计算效率。对各型号产品进行系列拟合,方便电抗器设计人员设计和优化产品,缩短了生产周期。     

城际铁路连续梁桥抗震计算方法对比分析

研究目的:城际铁路桥梁在多遇和罕遇地震作用下的设计检算方法选择,对于桥梁结构的安全性具有重要作用。为深入研究城际铁路连续梁桥的不同抗震计算方法的特点,并确定在不同计算阶段的方法采用,本文以大连市金州新区至普湾新区的一座城际铁路预应力混凝土连续梁为例,首先介绍铁路规范简化算法、反应谱法和弹性、弹塑性时程分析法的计算流程,然后运用三种方法分别对该连续梁桥进行多遇地震和罕遇地震作用下响应分析,并进一步采用简化算法和弹塑性时程分析法计算罕遇地震下的延性系数,对比三种方法的墩顶位移、墩底弯矩和墩底剪力的计算结果。研究结论:(1)对于连续梁桥,多遇纵向地震计算采用三种方法差异不大;(2)多遇横向地震计算应采用反应谱法或时程分析法,采用简化算法偏危险;(3)罕遇地震作用计算应采用弹塑性时程分析法,更为经济合理;(4)罕见地震作用计算采用简化算法或反应谱法结果失真,会严重放大墩底弯矩,增加配筋量;(5)本研究成果在铁路连续梁桥的抗震设计领域具有一定的指导和借鉴意义。     

强弱非平稳风速对大跨桥梁抖振响应影响研究

研究目的:为探究非平稳风速对大跨桥梁抖振响应的影响机理,以两组实测非平稳风速样本为例,首先提出建立非平稳风速模型的三层次方法;其次通过递归图分析获得一种有效衡量风速非平稳强弱程度的定量指标;然后采用快速CQC方法(虚拟激励法)建立非平稳瞬态风-桥梁结构抖振随机响应的计算方法;最后以某座山区悬索桥为工程背景,针对强弱两组风速对大跨桥梁抖振响应的影响进行对比与总结。研究结论:(1)非平稳性弱的实测风速样本可简化为平稳抖振理论进行分析,可显著提高风致响应的计算效率;(2)脉动风速非平稳性越强,大跨桥梁振动响应越远离稳定状态;(3)对于非平稳指标较强的实测风速样本,常规的平稳处理(10 min常值平均风速+平稳脉动风速)将会低估桥梁的抖振响应,需要进行精细化的非平稳瞬态响应分析;(4)本研究成果可为大跨径桥梁精细化的风致响应快速求解和抗风设计提供技术支撑。     

脉动风下高速铁路接触网抖振对弓网受流性能的影响

接触网系统在短周期脉动风的作用下,会发生抖振现象,从而引起弓网受流的恶化。本文考虑作用在接触网上的水平与竖直脉动风和静风载荷,推导作用在接触网系统上的抖振力模型;采用Davenport谱和Panosfsky谱,运用谐波合成法分别模拟水平和竖直方向上的脉动风时程;利用有限元分析软件MSC-MARC建立弓网耦合模型,将抖振力施加到接触网模型中,分析接触网在脉动风下的风振响应,对脉动风作用下的弓网系统进行动态仿真,研究脉动风下接触网抖振对弓网动态受流性能的影响。研究结果表明:脉动风引起的接触网抖振对弓网受流影响很大,在研究接触网风振响应和弓网动态特性时,应综合考虑静风载荷和脉动风载荷的影响;脉动风攻角的变化对弓网受流影响明显,风攻角是研究风载荷下弓网受流性能时不可忽视的因素。     

抗震设计反应谱统一计算方法及谱兼容地震波

国内外各类抗震设计规范对设计反应谱给出了不同的计算方法,对各类反应谱不同的计算方法进行对比分析;利用世界范围内大地震时获得的数字强震仪记录,计算相应的加速度反应谱;结合结构动力学理论分析及统计分析方法,提出抗震设计反应谱统一计算公式。实际强震地震波具有高度的非平稳性,人工地震加速度时程不能直接反映实际地震加速度时程的非平稳性。为了得到与实际地震波类似的高度非平稳性且与设计反应谱兼容的地震加速度时程,以一组强震地震波为母波,得到与设计反应谱兼容的人工地震加速度时程。通过对人工地震加速度时程与实际地震波比较,发现其继承了实际地震波的非平稳性;同时人工地震加速度时程反应谱与目标设计谱具有较好的一致性。     

变幅多轴应力状态的等效变程计数法

高周变幅多轴随机载荷下的疲劳寿命预测是一种非常复杂的问题,其中应力谱的可靠性是关键之一, 而应力谱又与所采用的计数法息息相关。通过定义主应力角及主应力比,研究了变幅多轴应力状态的多轴特征 图;提出了一种基于临界面概念的等效变程计数法,分析比较了用该方法与传统雨流计数法进行焊接构架寿命 计算的结果。     

基于强度折减系数谱的规则桥梁弹塑性地震反应分析方法

选用43次地震中获得的350条地震波,进行单自由度(SDOF)系统的非线性时程分析。运用统计回归方法,得到4类场地上SDOF系统强度折减系数与弹性周期和位移延性比的关系谱。将规则桥梁等效为SDOF系统,提出利用弹性反应谱和强度折减系数谱计算规则桥梁最大弹塑性地震反应的简化方法。等效SDOF系统的恢复力关系通过桥墩塑性铰截面的弯矩-曲率分析确定,并考虑了桥墩基础弹性变形的影响。运用给出的简化方法和非线性时程分析,对32 m铁路简支梁桥在罕遇地震下自振周期及墩顶最大位移进行计算,验证了该方法的有效性。该方法既可用于桥梁结构的抗震设计,也可用于抗震评估分析。     

不同入口边界条件对建筑群污染物扩散影响的数值研究

合理的入口边界条件是建筑群污染物浓度正确数值模拟的前提,为分析入口边界对污染物浓度扩散的影响,以谐波合成法理论为基础,通过编制程序实现对商业软件Fluent的二次开发,生成满足目标风场流动特性的脉动入口边界,并用风洞试验数据验证所提方法的正确性,然后将生成的脉动风速和常规的平均风速分别作为大涡模拟的入口边界条件,考虑不同风速大小和风剖面形式的影响后,利用组分输运模型,对建筑群内污染物浓度进行分析,得到不同入口边界条件作用下建筑群污染物浓度的分布规律。     

随机风场对弓网系统动态性能影响研究

基于有限元软件MSC-Marc建立弓网系统模型,对在随机风场中的受电弓-接触网动态性能进行仿真研究。模型中采用欧拉-伯努利梁模型模拟接触线和承力索,受电弓和接触网模型之间通过接触实现耦合,使弓网作为一个整体进行动态仿真;采用适合接触网随机风场计算的沿高度不变的Davenport谱,运用谐波合成法数值模拟风场。在此基础上,采用MSC-Marc软件完成弓网系统在不同随机风荷载作用下的动态性能分析。实验结果表明:模拟随机风的功率谱函数与目标谱结果非常吻合,随机风场对接触网风振响应及弓网间的动态性能影响很大,且沿风向定位器的第一吊弦退出工作时间随风速增大而增长。通过仿真结果比较分析,为进一步研究随机风场下弓网系统结构参数配合奠定了基础。