柔性梁与带摆动荷载小车的耦合动力学分析

起重机桥架结构的振动以及荷载的摆动会使桥架结构产生疲劳损伤并影响荷载的精确定位.基于荷载、起重小车组成的椭圆摆与移动质量通过桥梁模型,起重机柔性梁与带摆动荷载的移动小车多体刚柔耦合动力学系统,并采用拉格朗日方程推导了耦合系统的运动微分方程组.采用Newmark-β逐步积分方法进行数值求解,分析了起重小车的运动速度、荷载质量等参数对桥架结构振动以及荷载摆动的影响.研究结果表明:起重小车的运行速度会影响桥架结构的振型,桥架结构的最大振动幅度与荷载质量成正比;耦合系统桥架结构中点的挠度比采用ANSYS软件计算的静挠度增大4%;荷载的摆动导致起重小车的驱动力与驱动功率周期性地改变,起重小车驱动力以及驱动功率变化的幅度范围正相关于起重小车的加速度值.     

盾构隧道联络横通道的振动台试验与数值模拟

联络横通道与隧道主体形成的空间交叉结构是隧道抗震的薄弱环节. 为探讨联络横通道采用刚、柔两种连接形式时对盾构隧道地震响应的影响,以相似理论为基础,通过室内土工试验确定了振动台试验中地层和结构相似模型的材料参数及配比,分别建立了振动台试验结构模型和数值分析模型;将第1组试验得到的地层卓越频率15.0 Hz作为其余试验工况和数值计算中地震动频率的输入依据,通过试验和数值计算相结合分析的方法对主隧道与联络横通道的地震响应规律进行了研究. 研究结果表明:结构与相同深度位置地层的加速度响应变化规律基本相同,离地面越近,地层加速度的放大效应越明显;联络横通道采用刚性连接时,其最大应变反应出现在结构的拱顶和两侧拱脚处,而采用柔性连接可较好的降低结构各处的应变反应,且输入地震峰值加速度越大其减弱效果越明显;主隧道横断面上,靠近联络横通道连接处的位置易受其影响而产生应力突变,采用刚性连接时,其受到的影响更大;振动台试验与数值结果规律基本一致,采用刚性连接时,联络横通道对主隧道纵向的影响范围约为3.0倍联络横通道宽度,而采用柔性连接时其影响范围则减小至1.5～2.0倍.      

镐头机拆除刚性道面动力损伤分析

为合理确定刚性道面的拆除工艺参数,采用ABAQUS软件,建立了刚性道面的实体有限元模型,对镐头机钎杆半正弦波冲击荷载作用初期刚性道面的动态响应进行了模拟,系统分析了镐头机荷载参数和道面结构参数对刚性道面竖向位移和板底拉应力响应的影响规律.模拟结果表明:镐头机冲击荷载的大小及其作用位置对刚性道面动态响应有显著影响;板底最大拉应力受面层厚度影响较大,而道面竖向位移对面层厚度变化不敏感.在算例条件下,当接缝传荷能力小于80%时,结构动态响应才发生显著变化;为减小对保留板的动力损伤,拆除板板边30 cm范围内不宜使用镐头机拆除.      

横向位置对桥上挂车气动特性的影响

在行驶过程中的汽车稳定性、安全性和舒适性会受到侧风的严重影响,因此,侧风稳定性成为汽车空气动力特性的一个重要组成部分。文章以挂车车身为研究对象,采用CFD数值模拟对侧风作用下的汽车气动特性进行了研究,考虑风速、车辆位置以及车辆所受的合成风偏角对汽车气动特性的影响,计算挂车发生侧倾、侧滑的临界风速。结果表明,挂车位于横向不同位置时,在侧风的作用下其气动特性会发生改变,进行车辆的安全性分析时车辆气动力系数应考虑车辆的位置以及车辆所受合成风偏角的影响。     

MgO的活性及原料配比对氯氧镁水泥结构的影响

通过采用高温煅烧菱镁矿制备活性氧化镁,利用柠檬酸法测定其活性,采用XRD及SEM技术分析了原料配比对镁水泥微观结构和形貌的影响.结果表明,MgO煅烧温度为800℃时活性最好;镁水泥结构随着MgO含量增加变得更加致密,且原料配比为M5.5/H12时致密性最好;镁水泥结构随着水含量的增加而变得疏松,原料配比为M4.5/H15时结构最差;原料配比为M6.5/H12时,MgO煅烧温度对的镁水泥结构影响不大,原料配比为M4.5/H12时,MgO煅烧温度为850℃时镁水泥致密性最好.     

波纹钢箱涵二维有限元力学性能分析

目前,波纹钢箱涵结构在我国的研究和应用较少。结合某工程实际,采用有限元方法,分析波纹钢箱涵结构在施工回填阶段的力学性能,并讨论了不同拱上填土高度和不同荷载作用位置对波纹钢箱涵变形、应力及内力的影响。结果表明,箱涵涵侧对称回填土体对结构影响较小,但拱顶填土可能会引起较大的结构响应;拱上覆土的增加有利于削减活载对于结构的影响;荷载最不利作用位置位于结构的跨中处。     

构架柔性对车辆振动特性的影响

为研究构架柔性对车辆振动特性的影响,基于三维实体软件SolidWorks建立某型车转向架构架模型,再导入软件ANSYS建立构架的有限元模型,经子结构分析后提取相关信息,导入UM与ANSYS的接口程序得到构架柔性模型;将其导入某型车多刚体动力学模型,得到某型客车刚柔耦合模型.利用UM软件分析前后构架分别为刚性-刚性、柔性-刚性以及柔性-柔性模型的对车辆振动特性的影响.分析表明:考虑构架柔性对车辆系统横向振动响应影响较大,特别在高速运行时,相比多刚体模型,构架柔性模型的轮对、构架和车体的横向振动指标峰值明显增大;考虑构架柔性能够更加真实地模拟车辆系统的振动情况.建议研究高频激励如车轮不圆对车辆系统振动特性时,将转向架构架考虑成柔性体.     

半填半挖路基对路面结构响应的影响研究

针对半填半挖式路基对柔性路面和半刚性路面结构的影响,文章建立了平面应变有限元响应模型,研究了不同差异沉降下路面结构的附加应力分布情况,建议使用柔性基层或设置级配碎石底基层以减小基层层底的附加应力;对于半刚性基层沥青路面,建议减小基层的厚度和模量。     

基于有限元分析的D型施工便梁改造与应用研究

D型施工便梁的最大优点是在不中断车辆运行的情况下,可利用它进行桥涵的施工,但有时由于受线间距的限制,需要对便梁进行改造设计。通过对既有施工便梁上牛腿S12进行更换,换装成S3构件,实现了钢轨顶到施工梁顶距离减小,满足了铁路建筑限界的要求;为了满足改造后便梁结构刚度及稳定性要求,特在纵梁两端、L/4、L/2、3L/4处增加5道横梁;采取缩短横梁长度的方法以改善受力。通过建立便梁空间有限元模型进行分析,结果表明,改造后的D型施工便梁结构能够满足重载列车通过时强度、刚度和稳定性的要求。     

半刚性基层沥青路面-路基协调设计

基于大型通用有限元软件ABAQUS,建立两种典型半刚性基层沥青路面结构的三维有限元模型,针对3种路基高度和4种路基回弹模量,计算半波正弦荷载作用下路面结构的动态响应,结合半刚性路面各结构层疲劳寿命预估方程,分析路面结构疲劳寿命随路基回弹模量变化的规律和相互协调问题。结合交通等级标准,确定满足不同交通等级的临界路基模量。分析表明:路基模量对沥青层疲劳寿命影响较小,对半刚性基层和永久变形预估寿命影响较大;路基高度对半刚性基层路面各结构层疲劳寿命的影响均较小,尤其是对沥青层疲劳寿命影响更小;具有柔性底基层的半刚性路面结构的临界路基模量比具有半刚性底基层的路面结构大。     

液压减振器失效对跨座式单轨车辆动力学性能的影响分析

以某国产跨座式单轨车辆为研究对象,采用动力学仿真软件建立跨座式单轨系统动力学仿真模型,分析液压减振器不同失效工况对车辆动力学性能的影响.重点考察了倾覆系数、水平轮径向力、车体侧滚角和运行平稳性指数.分析结果表明:车辆在曲线轨道运行过程中,液压减振器不同位置失效工况下车辆的倾覆稳定性、抗脱轨稳定性与运行安全性均会变差,且发生工况五或工况六时,动力学性能最差,此时会严重影响到车辆的稳定运行,应减速停车疏散乘客;而车辆在直线轨道以最高运行车速75 km/h运行时,液压减振器不同的失效工况下车辆的横向和垂向平稳性与正常工况运行相比,横向平稳性影响较小,但对车辆的垂向平稳性影响较大.     

交叉吊索对施工中悬索桥的静风稳定性影响

为探明超大跨悬索桥在施工过程中的静风稳定性,采用三维非线性分析方法,对主跨3 500 m的超大跨CFRP(carbon fibre reinforced plastic)主缆悬索桥进行了施工阶段的静风稳定性分析,研究了3种交叉吊索对施工阶段静风性能和变形形态的影响.研究结果表明:随着加劲梁吊装逐步完成,结构静风稳定性不断降低,加劲梁合龙但尚未刚接阶段的静风稳定性最差;仅安装水平交叉吊索作用不大,竖向交叉吊索和综合交叉吊索可显著提高施工阶段的静风稳定性;加劲梁吊装完成率位于9.8%~60.6%时,安装综合交叉吊索可取得较好的抗风效果,其余施工阶段可只安装竖向交叉吊索.     

铁路重载货车轮对弹性振动及其动态影响

为研究轮对弹性振动特性及其对重载货车动力学性能的影响，以30 t轴重重载货车为研究对象，对轮对刚、柔建模时的整车运动稳定性、曲线通过性能等进行了对比研究. 首先，给出了多体动力学中弹性体的数学建模方法；其次，建立轮对柔性体有限元模型，分析了轮对的弹性振动模态，进一步将其集成于多刚体系统中，形成重载货车刚柔耦合动力学分析模型；最后，针对货车多刚体和刚柔耦合两类建模方法，以干线不平顺叠加短波不平顺作为系统激励源，对比分析了重载货车的轮对振动响应、蛇行运动稳定性以及动态曲线通过性能的差异. 研究结果表明:相对刚性轮对而言，柔性轮对的变形能够缓和轮轨刚性冲击，同时弱化轮轨间的刚性约束能力，导致其振动幅度降低，使得车辆非线性临界速度下降约9%，通过小半径曲线时，轮轨横向力也降低了约13.7%，轮对弹性振动对重载货车动态性能的影响同样不容忽视.      

支座宽度及相对刚性系数对连续梁弯矩的影响

考虑连续梁支座宽度B与相对刚性系数α=6EI/KL3对梁弯矩计算值的影响,对连续梁分别进行了不同B值、不同α值下的梁弯矩计算。通过计算得到了不同支座宽度对于连续梁弯矩的削峰程度以及相对刚性系数对弯矩的影响规律,认为宽支座与点支座的反力模式不同,支座边缘的反力对支座中心处的梁截面产生的正弯矩是造成支座处梁截面负弯矩削峰的主要原因;而相对刚性系数α计算值小于0.15时,弹性支座与刚性支座相比,弯矩计算差值可控制在5%以内.若以此为误差限,可将弹性支座简化为刚性支座。     

桥梁柔性对中低速磁浮车辆平曲线通过的影响

为研究桥梁柔性对中低速磁浮车辆在曲线半径为70.0 m的平曲线上运行时的动态响应影响,对通过柔性桥梁和刚性轨道时的车辆动态响应开展了对比分析. 首先,建立了122个自由度的车辆空间动力学模型,模型中考虑了具有主动悬浮与被动导向特性的二维磁轨关系;其次,利用三维铁木辛柯梁参数化建模方法,建立了由柔性桥梁组成的平曲线有限元模型;最后,通过悬浮力的联系形成了车辆-曲线桥梁系统刚柔耦合动力学模型. 研究结果表明:17.0 m跨径的圆曲线桥梁的自振特性和动位移响应满足相关标准要求;与车辆通过刚性轨道相比,柔性桥梁作用下的车辆系统动态响应更为剧烈,这种差异在车辆系统的横向动态响应上体现明显,而悬浮间隙和车体垂向加速度的响应差异较小,考虑刚性轨道时将高估车辆的曲线通过能力;柔性桥梁和刚性轨道两种模型计算得到的电磁铁最大横向位移不超过6.0 mm,悬浮间隙可在额定值的 ± 4.0 mm内波动,表明在开展对比计算的工况下车辆具有良好的曲线通过性能.      

焊接转向架电化学腐蚀机理试验研究

为揭示焊接转向架腐蚀规律,分析了焊接转向架所用钢板及其焊接试件在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电位和交流阻抗.采用动电位扫描法测定试件的极化曲线并进行电偶腐蚀试验,得到焊缝处及焊缝两侧距离焊缝不同位置的电位分布规律.结果表明:焊缝处腐蚀电位最低,耐腐蚀性最差;试件焊缝周边钢板腐蚀电位较高, 09CuPCrNi-A焊接钢板腐蚀电位最高,为-0.458 V,耐腐蚀性最好;最大电偶电流密度为1.76 A/cm2,相当于0.018 mm/a 的腐蚀速度,应重视焊接转向架的电化学腐蚀.      

封顶块位置对高水压通缝拼装管片结构的影响

为了探明封顶块位置对盾构隧道管片结构力学行为的影响,基于苏通GIL （gas-insulated transmission）综合管廊隧道工程,选取封顶块在拱顶和拱腰两种代表性工况,开展了高水压条件下的通缝拼装管片结构原型试验,从管片结构的变形、受力、裂纹开展情况和最终破坏状态等方面对两种工况的试验结果进行分析. 研究结果表明:不同封顶块位置对管片结构的影响总体表现为对结构整体刚度的削弱不同,其形成的刚度削弱区域抵抗指向洞外变形的能力要强于指向洞内变形的能力;封顶块位于拱腰时结构整体刚度更大,管片结构椭圆度和单点最大位移均分别减小了39.8%和38.2%;封顶块位于拱顶时结构抗弯刚度削弱明显,易出现较大的纵缝张开,而封顶块位于拱腰时管片最大纵缝张开量明显减小,仅为前者的53.3%,且连接螺栓受力减小了54.4%;封顶块位于拱腰时,管片环拱底内弧面更容易产生裂纹、开裂荷载相对更小,管片内部主筋更早进入受拉状态;封顶块位于拱顶时管片结构由于纵缝张开量较大,在较高水压的情况下破坏始于纵缝处混凝土的压剪破坏进而导致的结构失稳.      

桥塔上风传感器安装位置对测量结果的影响

为探讨桥塔上风传感器安装位置对测量结果的影响,以计算流体力学大型商用软件Fluent为平台,采用有限体积法对计算域进行离散,基于k-湍流模型研究了桥塔附近的风场特性.分析了不同来流风速、不同来流风向下桥塔附近风观测点的风速、风向变化规律,给出了相应的风速修正系数和风向角修正值.研究结果表明:桥塔对测量结果的影响较大,桥塔上风传感器的安装位置应经过优化确定.风传感器位于迎风侧时,风速比值在0.45~1.30之间波动;位于背风侧时,风速比值在0.05~1.25之间波动.风传感器较优的安装位置为离塔1.0倍特征尺寸以上,且与来流方向的夹角在(45.0~56.5)范围内.      

高速磁浮悬浮架柔性特征对曲线通过性能的影响

为研究高速磁浮悬浮架小曲线通过动力学性能,考虑高速磁浮悬浮架柔性振动,建立悬浮架有限元模型,并计算其弹性模态,建立高速磁浮整车车辆动力学模型;应用同济大学磁浮试验线线路条件、试验速度曲线及拟合的轨道不平顺,分析了悬浮架柔性振动对悬浮、导向电磁铁间隙、电磁力的影响;同时,建立了刚性悬浮架动力学模型与之对比. 研究结果表明:R400小曲线通过时,电磁铁动力学性能受悬浮架柔性振动的影响较大,两种模型的导向力相差约12.5 kN,悬浮力相差约6.0 kN;通过试验仿真比较,考虑悬浮架柔性的计算结果更接近于实测结果;悬浮架垂向和横向振动的主频分别为10.4 Hz和13.2 Hz,分别与前后悬浮框相对点头、反相摇头模态频率相近;在研究控制参数优化、悬挂参数优化、运行稳定性等高速磁浮关键问题时应考虑悬浮架的柔性振动.      

基于柔性多体动力学的地铁车辆半主动控制

为了对地铁车辆的运行性能实现更准确的评估和更有效的优化,借助有限元理论和子结构理论建立了车体和转向架构架等关键零部件的柔性动力学模型;基于天棚半主动控制算法和柔性多体动力学理论,建立了考虑半主动控制悬挂的地铁车辆刚柔耦合动力学模型;考虑轨道随机不平顺的影响,研究了半主动控制悬挂以及结构柔性对地铁车辆运行稳定性和乘坐舒适性的影响。研究结果表明:相对于传统的悬挂装置,天棚半主动控制极大降低了车辆的振动加速度,并使其变化趋势更加平缓,对车辆的低频振动有明显的抑制作用;采用本文的研究参数,天棚半主动控制在直线段可使车辆的垂向Sperling指标和垂向振动加速度均方根(RMS)分别降低26.8%和7.5%,使车体横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别降低8.8%和4.9%,而在曲线段,天棚半主动控制可使车辆垂向Sperling指标和垂向振动加速度RMS分别降低25.1%和5.7%,使横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别降低15.6%和8.3%,车辆的乘坐舒适性和运行稳定性大幅提升;考虑结构柔性时,车辆的垂向Sperling指标和垂向振动加速度RMS相比于未考虑结构柔性时分别增大了4.3%和6.8%,横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别增大了3.0%和3.4%。可见,车体和构架的结构柔性对车辆的动态特性有较大影响,在对车辆运行稳定性和乘坐舒适性进行计算和评估时不可忽略。