车辆动力荷载分析

采用模态迭加法对复杂结构在多支座随机位移激励下的振动进行随机振动分析，以载重货车为计算对象，求得在不同车速和工况下车辆荷载的均方根值和超载概率，讨论动荷载的概率特征。     

Experimental investigation into the mechanism of the polygonal wear of electric locomotive wheels

Experiments were conducted at field sites to investigate the mechanism of the polygonal wear of electric locomotive wheels. The polygonal wear rule of electric locomotive wheels was obtained. Moreover, two on-track tests have been carried out to investigate the vibration characteristics of the electric locomotive's key components. The measurement results of wheels out-of-round show that most electric locomotive wheels exhibit polygonal wear. The main centre wavelength in the 1/3 octave bands is 200?mm and/or 160?mm. The test results of vibration characteristics indicate that the dominating frequency of the vertical acceleration measured on the axle box is approximately equal to the passing frequency of a polygonal wheel, and does not vary with the locomotive speed during the acceleration course. The wheelset modal analysis using the finite element method (FEM) indicates that the first bending resonant frequency of the wheelset is quite close to the main vibration frequency of the axle box. The FEM results are verified by the experimental modal analysis of the wheelset. Moreover, different plans were designed to verify whether the braking system and the locomotive's adhesion control have significant influence on the wheel polygon or not. The test results indicate that they are not responsible for the initiation of the wheel polygon. The first bending resonance of the wheelset is easy to be excited in the locomotive operation and it is the root cause of wheel polygon with centre wavelength of 200?mm in the 1/3 octave bands.     

土岩交错地层隧道爆破施工的振动响应及空洞效应分析

以汕湛高速揭博段水墩隧道为工程背景,运用数值模拟计算的方法,建立上软下硬地层下爆破振动的有限元计算模型,对爆破荷载作用下上部初期支护和围岩的振动响应及空洞效应进行研究。结果表明： 1）掌子面下部基岩爆破施工的振动荷载主要通过支护结构传递给拱顶围岩,而掌子面上部前方围岩（未成洞区）和后方围岩（成洞区）振动分布并不对称,其中成洞区围岩的振动速度和振动范围远大于未成洞区,说明上软下硬地层隧道爆破振动存在空洞效应; 2）成洞区单向约束是造成振动加剧的根本原因,围岩振动的纵向最不利位置为掌子面后方约2 m处,径向为软硬交界结构面与隧道外轮廓的切点处; 3）振动方向以径向为主,即拱顶围岩振动以竖向振动为主,初期支护拱脚以水平振动为主; 4）距离掌子面1倍(洞径)范围的拱顶围岩及初期支护拱脚是控制爆破振动的关键部位。     

孔外延期网路在隧道侧穿危楼爆破中的应用研究

为解决在单孔单段起爆时因普通导爆管雷管段数的限制需分次起爆的问题,针对隧道近距离侧穿危楼爆破开挖时提出一种新的起爆网路,即利用20段普通导爆管雷管进行多组之间的孔外延期,同时利用3段普通导爆管雷管在每组内部之间进行孔外延期。现场试验表明,该起爆网路可以使起爆次数从原来的5次降至2次。且现场振动监测数据显示,振速峰值与原来分次爆破的振速峰值基本处于同一水平,振速平均峰值较原起爆网路提高5%,并未发现有振动叠加的现象。     

风-浪联合作用下大跨度桥梁车-桥耦合振动分析

为研究波浪对跨海桥梁风车-桥耦合振动系统的影响,针对跨海桥梁所处风大、浪高的极端环境,建立了波浪-风-列车-桥梁动力模型,将风场视为空间相关的平稳高斯过程,高速列车采用质点-弹簧-阻尼器模型模拟,精细化全桥模型通过有限元方法建立,考虑风-列车-桥梁之间的耦合作用,波浪作为外部荷载施加到该耦合体系中。以主跨532 m某海洋桥梁为例,通过自主研发的桥梁科研软件BANSYS （Bridge Analysis System）,分析了波高、风速、车速对耦合模型车辆和桥梁响应的影响。结果表明：风车-桥耦合振动体系的车辆和桥梁响应受波浪影响显著,车辆和桥梁响应在与波浪荷载一致的方向增加显著,15 m·s^-1风速下,考虑波浪影响的车辆横向加速度最大值约是不考虑波浪时的1.3倍,考虑波浪影响的跨中横向位移最大值约是不考虑波浪时的22倍,而在非一致方向波浪对车-桥响应的影响较小;不同风速下,波浪对车辆横向加速度影响显著,考虑波浪影响的车辆横向加速度约是不考虑波浪时的1.2倍,而车辆竖向加速度、轮重加载率、倾覆系数等指标主要受风速的影响;波浪基频与桥梁横向位移响应谱主峰频率一致,波浪已成为影响桥梁横向位移响应的控制因素;波浪减弱了车速对车-桥响应的影响,随着波高的增加,车辆和桥梁响应对车速的变化更不敏感。     

车辆-模数式伸缩缝耦合振动与冲击荷载分析

为研究导致伸缩缝及其相邻路面损坏的车轮冲击荷载,以桥梁工程中常用的模数式伸缩缝为例,提出一种车辆-桥梁-模数式伸缩缝耦合振动的分析方法。该方法通过分布式弹簧阻尼单元模拟车轮在伸缩缝上的脱空情况;采用等效悬臂或两侧支撑梁模型,考虑脱空段轮胎面的支撑作用,通过车辆-桥梁-伸缩缝耦合振动的迭代算法,实现模数式伸缩缝上的车轮动力荷载的准确模拟,并对载重汽车通过双缝模数式伸缩缝进行实例分析。研究结果表明：①由于伸缩缝结构和车轮位置的变动,很难保证车辆振动的对称性,因此需要采用三维有限元方法分析车轮冲击荷载;②伸缩缝空隙处轮胎面的支撑有助于减小车轮冲击荷载,该支撑刚度与胎面预拉应力密切相关,胎面预拉应力越大,支撑刚度越大,轮载冲击系数越小;③车辆不对称振动导致左右轮冲击系数不同,模数式伸缩缝的中梁跨中冲击系数最大;④模数式伸缩缝上的轮载冲击系数计算值可能超过中国伸缩缝设计指南规定值,该方法可用于确定模数式伸缩缝的最大容许间隙,使车轮冲击荷载小于设计值,以保障伸缩缝的安全服役。     

基于室内振动搅拌的水泥稳定碎石性能研究

振动搅拌技术可使水泥更好地分散在水泥稳定碎石混合料中,并且使混合料的强度得到一定程度的提高,从而增加了半刚性基层的路用性能,但是,水泥稳定碎石混合料的拌和设备是工地施工中的大型振动搅拌机,进行水泥稳定碎石配合比设计时尚无室内振动拌和设备可用,以致于无法准确分析振动拌和与非振动拌和水泥稳定碎石的技术指标。针对此问题,结合实际工程项目,对室内集料击振筛进行改装,以模拟水泥稳定碎石的工地生产振动拌和设备。通过一系列试验建立改装的室内振动拌和设备与工地振动拌和设备的等效关系。研究内容包括：室内振动搅拌机的原理与参数分析,室内振动搅拌的水泥稳定碎石配合比设计,室内与工地振动搅拌的水泥稳定碎石无侧限抗压强度对比等。研究结果表明：室内振动拌和的水泥稳定碎石配合比设计结果优于工地振动拌和的设计结果,而且水泥稳定碎石无侧限抗压强度大于工地振动搅拌机拌和混合料的抗压强度;根据试验结果得出了改装的室内振动拌和设备对水泥稳定碎石混合料的最佳拌和时间,使改装的室内振动搅拌机达到了工地大型振动搅拌机的同样效果,可应用于水泥稳定碎石的配合比设计与施工。     

地铁列车振动荷载作用下隧道底部土层孔隙水压力及变形特性研究

为研究地铁列车振动荷载长期作用下隧道底部土层的孔隙水压力及变形特性,以北京地铁7号线2期（东延）工程为背景,利用ADINA有限元计算平台建立典型隧道区间断面的有效应力分析模型,进行上限速度行车荷载作用下饱和场地土层-隧道体系水土耦合动力响应分析,研究典型位置处孔隙水压力时程变化规律,并预测地铁振动荷载作用下引起的沉降量。同时,对北京地铁7号线粉细砂进行土工室内试验,进一步研究隧道底部土层在地铁行车荷载作用下的孔隙水压力及竖向变形发展规律。结果表明： 1）在长期列车振动荷载作用下,隧道底部土层孔隙水压力逐渐增大,且增大值随土层深度的增加而减小; 2）土体的累积超孔隙水压力比和累积应变量随着荷载幅值的增加而增大; 3）与非均等固结条件相比,均等固结条件下的超孔隙水压力比较大,但累计应变量小; 4）列车振动引起的超孔隙水压力和应变均较小,超孔隙水压力在列车停运期间足以消散完毕。     

混合动力传动系 Tip-in/out工况的模型预测控制

为抑制混合动力汽车加减速过程中传动系统振荡,以电机转矩为控制量,提出一种基于模型预测主动控制混合动力传动系统振荡的策略,基于 Matlab/Simulink平台搭建动态系统模型,实时计算电机转矩补偿优化发动机输出转矩,准确跟踪目标转矩的同时减少传动系统振荡。探索不同控制器参数设置对于驾驶动力性和舒适性的增益效果,通过硬件在环 （Hardware-in-Loop,HIL） 试验表明,所设计的 MPC控制器能使汽车平稳地加减速,迅速跟踪目标转速,求解时间控制在10 ms以内,具有较好的实时性,同时对传动系统中的非线性因素和参数变化有较好的鲁棒性。     

腹板开孔对轨道交通箱梁振动噪声的影响

实测了城市轨道交通简支箱梁各板件的振动与近场噪声, 结合板件声辐射理论研究了箱梁结构振动辐射噪声和箱梁振动的关系; 基于箱梁结构噪声易产生绕射的低频特性, 计算了矩形混凝土板件在不同开孔工况下辐射的结构噪声变化情况; 在考虑箱梁腹板开孔的基础上建立了车辆-轨道-箱梁耦合有限元模型和箱梁振动-结构噪声有限元-无限元模型, 分析了箱梁腹板开孔前后各板件的振动和结构辐射噪声变化情况。研究结果表明: 箱梁板件声辐射效率随频率的增加并不呈现线性关系, 箱梁各板件近场低频(低于250 Hz) 辐射噪声与结构振动加速度级也并非简单的线性关系, 箱梁辐射噪声由箱梁振动和箱梁各板件声辐射效率共同决定; 对于两端简支的开孔板件, 在开孔率基本一致(0.4%左右) 的情况下, 开孔直径越小, 板件振动辐射噪声声压级越小; 采用有限元-无限元方法模拟箱梁近场低频结构噪声, 既能解决单独采用有限元法时声场边界反射的影响, 也避免了采用有限元-边界元方法时多软件交叉使用的不便; 腹板开孔虽然增加了箱梁板件在某些频率(100~125 Hz) 处的振动响应, 但由于箱梁内、外部声场连通, 使得声短路效应增加, 降低了板件的声辐射效率和相应频段的噪声; 腹板开孔后在1~250 Hz频段内顶板、底板和腹板附近的总声压级分别降低了9.43、2.74和1.63 dB, 从而使箱梁结构噪声得到了控制。