司机-起重机-轨道系统动力学建模与分析

针对轨道缺陷下起重机运行过程中结构振动特性、司机舒适性等问题,提出基于司机-起重机-轨道系统动力学模型。根据拉格朗日方程建立司机-起重机-轨道系统振动微分方程,并通过精细积分法(PTSIM)求解系统振动时域响应。以100/40 t-28.5 m铸造起重机为例,分析了大车运行速度和轨道缺陷对起重机和司机振动的影响。提出的模型和方法为起重机设计、分析和人体各部位动态响应提供理论依据与参数基础。     

基于Maattanen模型的冰激疲劳寿命分析

基于ANSYS系统和海洋平台自激振动Maattanen模型,提出了计算冰激疲劳寿命的一种新方法,并开发了与ANSYS系统集成使用的计算程序。利用该程序可以实现对多自由度复杂平台结构的冰激动力精细分析,并能定量确定自激冰力、结构的动力响应和节点应力。运用该程序计算了实际平台的冰激振动响应和节点疲劳寿命,分析了不同冰力参数对平台自激振动响应的影响。对使用不同冰力模型计算出的平台疲劳寿命进行的对比结果表明,较高冰速下平台动力响应较小;自激振动是造成平台疲劳损伤的主要原因。计算结果与现场观测情况一致,这进一步验证了新计算方法的可靠性,为平台冰激疲劳设计提供了依据。     

基于Maattanen模型的冰激疲劳寿命分析

基于ANSYS系统和海洋平台自激振动Maattanen模型，提出了计算冰激疲劳寿命的一种新方法，并开发了与ANSYS系统集成使用的计算程序。利用该程序可以实现对多自由度复杂平台结构的冰激动力精细分析，并能定量确定自激冰力、结构的动力响应和节点应力。运用该程序计算了实际平台的冰激振动响应和节点疲劳寿命，分析了不同冰力参数对平台自激振动响应的影响。对使用不同冰力模型计算出的平台疲劳寿命进行的对比结果表明，较高冰速下平台动力响应较小；自激振动是造成平台疲劳损伤的主要原因。计算结果与现场观测情况一致，这进一步验证了新计算方法的可靠性，为平台冰激疲劳设计提供了依据。     

关于结构动力学中精细积分法的研究

介绍了精细积分法的基本原理及精细积分法的稳定性,通过给出的一个算例,比较了用精细积分法与中心差分法、Newmark法的计算结果。结果表明用精细积分法得到的位移响应最接近理论值,而且当取相同位数有效数字时,与理论值完全一致。     

单主梁门式起重机动态特性

考虑起重机的动态特性,通过有限元对门式起重机整体结构进行模态分析,得到了门式起重机整体结构的动态刚性和振动特性.并对门式起重机整体结瞬态动力学的分析,得到了门式起重机在起升过程中受到冲击载荷作用时主梁的位移随时间变化的响应规律,得出阻尼对于起重机振动具有抑制作用和加载时间对于起重机系统振动的影响规律.     

基于精细积分法的达芬方程分析

介绍了用精细积分求解动力学问题的方法,求解过程中将非线性项沿着系统以时间参数t按泰勒级数展开,结合Romberg积分法得到高精度的数值解.以此方法得到的计算结果为基准,做位移功率谱分析,绘制幅值改变时频率与振幅的关系曲线.通过求解达芬系统的自由振动方程证明了上述求解非线性动力学方程方法的有效性.     

流-固耦合问题的精细积分求解法

为了解决流-固耦合动力学求解效率和精度低等问题,提出了增维精细积分法.根据有限元理论推导流-固耦合方程,将流-固耦合方程改写成状态空间形式,在矩阵仅增加1维的情况下将积分运算转化为代数运算,扩大了精细积分法的应用范围,从而得到增维矩阵的流-固耦合精细积分求解.同时,将增维精细积分法与Newmark法的计算结果进行对比,以验证其有效性.结果表明,由于不用求解矩阵H的逆矩阵,增维精细积分法避免了矩阵奇异带来的计算解的不稳定性.增维精细积分法与Newmark法的计算结果较吻合,且其在较大计算时间步长条件下的计算精度较高.     

带挠性伸展太阳帆板航天器的姿态动力学

利用动量矩定理推导出带挠性伸展太阳帆板航天器的姿态动力学方程, 利用牛顿第二定理推导出挠性板上质量微元的动力学方程. 在板等速伸展的情况下对系统动力学方程进行变换, 得到板伸展运动、振动与航天器姿态运动的耦合微分方程. 用Runge-Kutta积分法对方程进行积分, 给出了板等速伸展时板振动振幅、 航天器姿态角速率对时间的响应.     

参数随机结构的动态响应分析

针对精细时程积分法在大型结构地震响应中的分析,提出了扩阶方法以及状态方程精细时程积分法的结合,编制了程序;用该方法对高层框架结构受地震荷载作用下的响应进行了计算,计算结果表明,考虑参数随机对框架结构动态响应有显著影响;计算结果同Monte-Carlo法的结果进行了比较,前者计算效率较高,适用于工程计算.图9,参8.     

分数阶导数型粘弹性结构动力学方程的数值算法

基于精细积分方法,提出了具有分数阶导数型本构关系的粘弹性结构动力响应的一种新的数值计算方法。该方法首先将系统的动力学微积分方程转化为含分数阶导数项的一阶常微积分方程组,然后采用精细积分法对方程进行积分计算得到系统响应。数值计算结果与解析法及Zhang Shimizu算法的结果相吻合,并显示随计算步长减小其计算的收敛性更好。     

基于模型标定的重型卡车座椅动态舒适性仿真研究

为了减轻重型卡车驾驶员的疲劳,增加了减振机构来提高座椅的动态舒适性。提出一种基于模型标定的座椅动态舒适性研究方法。首先通过台架试验得到了空气弹簧的刚度和阻尼器的阻尼参数。然后对座椅进行模态试验和传递率特性试验,获得座椅模态频率与传递率信息,采用迭代寻参的方法确定连接部位的刚度和阻尼参数,从而建立准确的有限元模型。最后进行模态、传递率和随机振动仿真分析,通过仿真结果评估座椅动态舒适性。结果表明,仿真与试验的模态频率误差小于3%,传递率峰值误差小于10%,且该座椅固有频率与人体敏感频率不重合,座椅在非共振频率段的传递率较小。降低共振频率下传递率的波峰值与响应点的均方根加速度值可以提高座椅的动态舒适性。     

路桥过渡段上车内人体舒适性评价方法

为了方便分析车辆通过路桥过渡段时车内人体舒适性,提出道路-车辆-人体振动系统,在分析评价现有人体振动及舒适性评价方法与标准的基础上,根据车辆通过路桥过渡段时人体承受振动的特点,采用压电式加速度传感器测量车辆通过路桥过渡段时人体承受的竖向加速度,提出了新的人体舒适性评价方法,并以2条高速公路为例,应该用该方法进行路桥过渡段人体舒适性评价。结果表明,该方法可以更加客观准确地评价车辆通过路桥过渡段时人体的舒适程度,可为提出基于舒适性的路桥过渡段差异沉降控制标准提供理论依据。     

路基冻胀对高速列车-轨道耦合系统动力特性的影响

在车轨耦合动力学理论的基础上,通过对高速列车-无砟轨道-路基耦合系统模型有限元进行分析,研究高速铁路路基不均匀冻胀对列车、轨道的动力学影响,分析不同条件下冻胀变形引起的系统振动响应规律,进而提出相关改善措施以利于系统良性发展.结果表明,路基不均匀冻胀会引起列车与轨道产生互相影响的动态响应,降低了轨道结构的服役性能,同时不利于行车安全.在典型冻胀情况下,列车进入冻胀区域后,在起始位置受到振动所造成的影响比较大;随着路基冻胀波长的增加,对车体的振动影响相继减少,而冻胀峰值的影响则相反.对冻胀波长25 m范围内,特别是10～15 m路基冻胀进行整治,可增强行车安全性和乘坐的舒适性.同时,重点控制路基高冻胀峰值能有效减少轨道结构的疲劳损伤.     

基于时滞反馈控制的1/4车辆模型乘客减振研究

针对汽车在不平路面行驶时产生的振动会损伤汽车部件和影响乘客舒适性的问题,本文提出一种含时滞反馈控制的主动悬架在四分之一车模型中的减振方法。该悬架模型有三个自由度,由乘客质量、车身质量和簧下质量三部分组成。通过异步学习因子粒子群算法确定时滞控制参数,并将控制参数运用频域扫描法进行稳定性分析,最后建立含时滞反馈控制的主动悬架系统的仿真模型,仿真结果表明：与被动悬架相比,含时滞反馈的控制主动悬架无论在简谐激励还是路面激励下,乘客和车身加速度的均方根值都有明显的降低,具有较好的减振效果。含时滞反馈的控制主动悬架在改善乘坐舒适性和行驶平顺性方面具有优越性。     

室内热环境对人体热舒适的影响

从生理心理学角度分析室内热环境参数;再从热平衡的角度引入人体热舒适的概念,并提出改善室内热环境、提高人体热舒适的措施.通过分析室内热环境对人体热舒适的影响和理论研究中存在的问题和不足,指出一些建议.     

基于全尺寸试验的高速磁浮列车不同速度下乘坐舒适性

高速磁浮列车平稳性和乘坐舒适性在复杂环境下不适应已成为亟待解决的工程问题,而深入了解高速磁浮车身振动特性是合理评价舒适性指标的关键.通过某条高速磁浮示范线的全尺寸试验,分析列车运行过程中振动变化趋势和规律.结果表明,列车的舒适度值随着速度的增大而变差,在250 km/h时舒适性最好,在430 km/h时舒适性最差,其振动总值处于2级水平,且磁浮列车不同部位舒适度不同.速度小于380 km/h的情况下,横向舒适度值最大;而在速度大于380 km/h的情况下,则垂向舒适度值最大.     

列车随机激励下铁路站房结构振动响应分析

列车激励模拟是铁路站房结构振动响应分析首先要解决的问题,目前站房结构振动响应分析中列车激励时程多采用简单列车模型或典型频率谐载组合进行模拟.根据车辆随机振动理论,考虑完整的轨道不平顺谱和轮对间轨道输入相关性,模拟得到基于二系悬挂10自由度列车模型的列车随机激励时程,通过与现有实测数据及模拟时程对比,验证了所得激励时程时频域内的合理性.进行列车随机激励下天津西站大跨度站房结构振动响应分析,研究结构各层振动响应的频谱特性及RMS评价,结果表明：候车厅层振动卓越频率位于人体对竖向振动的最敏感频率范围内,应注意其对人体舒适度的影响.     

基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题,提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型,并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程;列车采用31自由度刚体动力学模型,轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力;利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车-桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象,开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析,研究了桥梁整体和局部动力响应,以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明:正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁;大跨度斜拉桥的动力系数较小,受车速和轨道不平顺谱的影响较小;钢桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态,在疲劳性能研究中需要特别关注;设计速度条件下,桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.     

中国成年女子人体转动惯量的测量与比较

人体转动惯量是人体惯性参数的组成部分,通过实验、分析和计算,获得符合中国成年女子特点的人体转动惯量,可以在劳动安全、弹射救生、航空航天、体育运动等方面广泛应用.