基于虚功原理的轨下支承失效动力响应研究

将列车、轨道和桥梁视为3个子结构,基于虚功原理分别推导了三者的动力耦合方程。各子方程按对号入座的方式组装成列车-轨道-桥梁耦合矩阵,其中轨道和桥梁子系统之间采用离散的弹簧-阻尼连接。由于轨下结构的破坏出现轨下支承失效时,计算模型应将轨道下端与桥梁相应连接的弹簧-阻尼去除,进而修正原始组装的刚度矩阵和阻尼矩阵。针对轨下支承失效问题,应用该方法分析了轨道和桥梁动力响应的变化规律。结果表明：轨下支承失效改变了连续的轨道支承刚度,导致车辆通过失效区域时的轮轨接触力剧烈变化;只考虑轨道的动力不平顺时,轨下基础支承缺陷对桥梁的位移响应影响较小,但会加剧桥梁的加速度响应;轨下支承失效的范围越大,轮轨接触力和桥梁的加速度越大;对于轨道的位移和加速度,两者会随轨下支承失效破坏区域的扩大和列车走行速度的提升而显著增加。     

路基上CRTSⅡ型板式轨道裂纹影响分析

为分析路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板开裂对车辆和无砟轨道结构的影响,根据弹性地基梁理论、有限元方法和轮轨系统耦合动力学理论,建立了弹性地基梁体的有限元模型和车辆-轨道-路基垂向耦合振动模型.采用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,分析了轨道板开裂对轨道结构的静、动力学性能和行车性能的影响.分析结果表明:轨道板开裂对轨道结构受力的影响较小,不影响行车的平稳性和安全性;随列车速度增大和轨道板开裂,均会增大轮轨作用力和轨道结构的动力响应;在裂缝地段,应采取减振、隔振、控制轨道几何不平顺等措施降低轨道结构的动力响应;轨道板开裂将影响无砟轨道的耐久性和使用寿命,应及时修补.      

基于有限-无限元法的CRTSⅢ板式无砟轨道系统动力参数敏感度分析

CRTSⅢ型板式无砟轨道是具有完全自主知识产权的中国无砟轨道品牌,针对CRTSⅢ型板式无砟轨道车辆-轨道耦合系统动力参数的确定与优化问题,根据CRTSⅢ型板式无砟轨道系统结构特点,运用车辆-轨道耦合动力学理论,采用时域动力有限元方法,并引入无限单元法消除边界效应,建立CRTSⅢ型板式无砟轨道车辆-轨道耦合系统垂向振动模型,并编制MATLAB计算程序,利用单因素敏感性分析法分析了结构参数对车辆-轨道系统动力响应指标的敏感度,从而可为CRTSⅢ型板式无砟轨道结构动力参数的确定与优化提供理论支撑。     

轨道结构空间振动时变模型建立方法的研究

基于既有的轨道模型，采用有限单元法，运用弹性系统总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则，建立了轨道结构空间振动的振动方程组。采用轨道不断“增加和缩减”技术，使该模型的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和荷载列阵具有时变特性，从而便于计算无限长轨道上的车辆-轨道耦合振动。以法国TGV中速动车为例，速度取200km／h，计算了12km轨道上的车辆-轨道耦合振动动力响应值，列出了部分响应曲线图。该模型的建立为开展长时间的车辆-轨道耦合随机振动奠定了基础。     

车辆-高架桥耦合系统竖向振动分析车辆轨道新模型

针对CRTS Ⅱ型无砟轨道-桥梁轨道结构的特点,建立了列车-无砟轨道-桥梁耦合振动新模型。整个系统离散成一个多节点的轨道单元和具有二系悬挂的动轮单元,基于有限元方法和Lagrange方程,建立列车-无砟轨道-桥梁时变系统竖向振动方程。该模型具有程序编制容易、计算效率高的特点。作为应用实例,计算得出了两车通过时随机不平顺条件下轨道桥梁结构的动力特性,说明新模型正确可行。     

高架轨道系统的蜂窝波阻块隔振研究

城市高架轨道系统会引起环境振动,影响人们的工作和学习.首先使用有限元法建立车辆-轨道-桥梁有限元模型,求得列车通过高架轨道时桥墩对大地的动力作用;再使用大型通用有限元程序ANSYS建立蜂窝波阻块-大地耦合振动计算模型,对蜂窝波阻块的隔振效果进行了分析.研究表明：蜂窝块波阻块作为一种地屏障结构,能够很好的隔离由高架轨道引起的大地振动.     

质量矩阵模式对桥梁自振频率的影响

利用自编程序和ANSYS结构分析软件对几座大跨度桥梁的自振特性分别采用一致质量矩阵和堆聚质量矩阵进行了计算比较。结果表明，对于大型复杂桥跨结构的动力分析宜采用一致质量矩阵模型。     

磁悬浮控制器设计及静悬浮稳定性分析

为实现磁浮列车在低轨道梁刚度下稳定悬浮,降低轨道梁建设成本,依据牛顿第二定律建立了单铁-弹性轨道-车体耦合动力学模型.首先,设计出状态观测器将悬浮电磁铁、轨道梁及车体的振动状态引入控制系统;然后,利用线性矩阵不等式求解法求解出系统的状态反馈增益矩阵,结合二者利用MATLAB进行相关动力学仿真,得出轨道梁刚度与质量分别为200 k N/m与325 kg的最佳取值.分析结果表明,与传统的基于黎卡提方程求解的控制器相比,采用线性矩阵不等式求解法具有更优的二次性能指标;所提出的控制方法能够实现系统在较低轨道梁刚度与质量下的稳定悬浮,并能在0.5 s左右进入稳定状态;系统在一定外界扰动下具有鲁棒性.     

轨道不平顺概率模型

为了高效选取轨道不平顺随机样本, 以满足车辆-轨道系统随机动力与可靠度分析中的激振源遍历性要求, 依据轨道随机不平顺的弱平稳与谱相似特征, 提出了一种轨道不平顺概率模型; 采用离散概率积分和统计方法, 在时域中将大量轨道不平顺检测信号分成若干个时程序列, 对每个序列采用谱分析法计算其统计功率谱密度分布; 采用矩阵法对轨道不平顺功率谱密度函数进行集合表征, 视每条谱线在不同频率点的功率谱密度概率具有累加性, 采用单一频率下的功率谱密度概率分布推知整条谱线的出现概率; 采用通用随机模拟方法选取代表性轨道谱, 并反演随机不平顺序列; 实测了某高速铁路约269km的轨道高低和方向不平顺, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 从轨道不平顺模拟幅值与车辆-轨道系统动力响应的概率密度分布出发, 对比了轨道不平顺概率模型与轨道不平顺随机模型的计算结果, 以验证轨道不平顺概率模型的正确性和高效性。计算结果表明: 以2种模型生成的轨道随机不平顺为激振源, 获得的车辆-轨道系统动力响应分布熵差异小于2%, 2种模型均能准确表达不平顺激扰特性; 为保证模拟与实测不平顺的概率密度分布一致, 采用随机模型和概率模型分别需要生成131和33个随机样本, 概率模型具有更高的分析效率; 在给定计算工况下, 轮轨力和车体加速度的幅值分别为38~152kN和-0.042g~0.043g (g为重力加速度), 均未超过《高速铁路设计规范》 (TB 10621—2014) 中的限值(轮轨力为170kN, 车体加速度为0.25g), 表明此高速铁路轨道不平顺状态较优, 行车安全性和舒适性可以得到保证。      

板边离缝对CRTS III型轨道-路基动力特性的影响

为了研究板边离缝对高速铁路基础结构动力特性的影响,利用CRTS III型板式轨道-路基全尺寸试验模型开展了落轴试验,实测了轨道板与自密实充填层一侧界面处离缝的几何分布,并利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了相应的动力有限元分析模型,分析了板边离缝对轨道和路基结构冲击动力特性的影响规律,并利用相应的试验结果对数值结果进行了对比验证. 研究结果表明:轨道板和自密实层界面处单侧离缝的平均宽度和平均高度分别为28.18 cm和2.15 mm;板边离缝宽度对基础结构动力特性的影响要大于离缝高度;在0～800 mm的范围内,随着离缝宽度的增加,轨道和路基位移以及钢轨加速度、轨道板加速度和基床底层加速度都持续增加,其中轨道板的位移和加速度的增幅均为最大,分别为56.8%和143.3%,充填层、支承层和基床表层的垂向加速度随离缝宽度的增加先增大后减小,当离缝尖端扩展至钢轨正下方附近时达到最大值;在0～3 mm的范围内,轨道和路基垂向位移与加速度均随离缝高度的增大而略微增加,最大增幅分别为8%和12%;越靠近离缝界面层面,离缝高度对其冲击动力特性的影响也越显著.      

大跨钢桁架悬索桥有限元模型实用修正方法

以沪蓉国道四渡河深切峡谷特大钢桁架悬索桥为工程背景,综合考虑悬索桥结构非线性与重力刚度因素影响,采用ANSYS的APDL语言编写桥梁模型修正优化程序,实现了有限元分析和模型修正的同步计算。通过对比不同的优化算法、不同的目标函数与不同的约束条件对模型修正效果的影响程度,并结合实测吊杆力数据和考虑伸缩缝刚度参数影响,提出了...     

Dynamic Response of Elastic Sleeper Ballasted Track on Bridge

A vehicle-track-bridge coupling dynamics model was built based on the theory of vehicle-track coupling dynamics. Using this model, a comparison was made between the dynamic response of an elastic sleeper ballasted track and a common sleeper ballasted track on bridge under the same working conditions. The results show that laying elastic sleepers on the bridge could solve the problem of large track stiffness caused by a thin ballast thickness, and improve the dynamic response of the bridge. This is beneficial to train operation safety and riding comfort.     

考虑桩土相互作用的车-轨-桥系统地震响应分析

弄清桩土相互作用对车桥系统地震响应的影响对于研究地震引起的高速铁路桥上列车行车安全问题十分必要.基于列车-轨道-桥梁耦合振动理论,采用Winkler地基梁模拟群桩基础并通过m法计算弹簧参数,建立了地震作用下的列车-轨道-桥梁-群桩耦合振动模型,并编制了仿真分析程序.以某(88+168+88)m预应力混凝土连续刚构桥为例...     

无碴轨道动力学理论及应用

根据车辆-轨道耦合动力学理论，建立了列车与路基上无碴轨道空间耦合动力学模型．模型中将钢轨视为弹性点支承基础上的Bernoulli-Euler梁，将轨道板及混凝土底座视为弹性基础上的弹性薄板．推导了路基上无碴轨道的运动方程．用上述模型及方程分析了遂渝线无碴轨道综合试验段路基上板式轨道及过渡段的动力学性能．结果表明，快速客车、重载以及普通货车通过路基上板式轨道时，轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、以及CA砂浆和路基面动应力等动力学指标均小于许用值．该无碴（板式和双块式）轨道与有碴轨道过渡段在客运列车作用下钢轨挠度变化率均小于许用值（0．300mm／m），在货物列车作用下略大于许用值．     

桩基托换时津滨轻轨列车通过安全性能的测试研究

桩基托换时会给轨道结构引入新的不平顺,给列车运行的安全性带来隐患。津滨轻轨桩基托换施工时不中断行车,为保证列车行驶的安全性,需对桥上轨道结构进行动载试验,以获得托换施工时的安全限速,并在限速施工时进行实时监测。结合测试结果,对桥梁的动力响应和车辆运行安全性能进行了分析,提出了进一步观测研究和加强维修的建议。     

大跨度自锚式悬索桥静载试验及动力特性理论分析

对桌大跨度自锚式悬索桥进行了通车前荷载试验,试验内容包括四个工况,即主跨1／2截面、主跨1／4截面、塔梁结合处、边跨截面的应力和挠度试验;试验进行了平截面假定试验,了解了该桥在建成后的工作状态和安全承栽能力;最后,对大桥的动力特性进行空间建模和计算,得到大桥的动力特性,本研究对自锚式悬索桥的静力性能和动力特性获得了认识。     

高墩大跨连续梁铁路桥动力试验

为检验桥跨结构的实际动力性能，对主跨100m，墩高99m的松头江连续梁铁路桥进行了全桥动力试验，测试其自振特性以及列车以不同速度通过桥跨和在桥上制动时桥跨结构的动力响应，将实测结果与车桥耦合振动分析结果进行了比较，二者基本相符．结果表明，该桥具有良好的竖向刚度、横向刚度和结构强度；列车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用，而列车行车具有良好的安全性与舒适度。     

列车通过路桥过渡段时的动力作用研究

建立了列车与路桥过渡段动力特性分析模型,确定了一套轨道过渡段动力特性的评价指标,分析了由基础沉降差引起的钢轨初始变形以及行车方向、行车速度对轮轨系统动力性能的影响,提出了确定路桥过渡段长度的方法。     

磁浮列车单铁悬浮车桥耦合振动分析

为研究单铁悬浮车桥耦合振动,将悬浮控制系统、车辆结构、弹性轨道梁及桥梁安装系统作为整体系统,建立整体系统的磁浮列车的悬浮控制-弹性桥梁-机械结构垂向耦合振动模型,以不同频率的外力激扰模拟磁浮列车不同的速度下对桥梁的作用,分析了不同梁型在整体系统耦合条件下的跨中挠度与振动加速度的变化。研究结果表明:单铁悬浮稳定后,简支梁跨中挠度约为两跨连续梁悬浮处挠度的2.5倍;以200km.h-1车速通过桥梁时其挠度略小于400km.h-1车速通过工况,但前者再次达到稳定状态所需时间约为后者的1/3;车辆以相同速度通过桥梁时,连续梁悬浮处跨中挠度约为简支梁的40%,且前者振动加速度小于后者;仿真过程中桥梁安装临界刚度范围为(5.5～6.5)×107 N.m-1;两跨连续梁动力学性能较简支梁更为优秀。