考虑车-桥耦合振动及桥面平整度退化影响的拱桥吊杆疲劳分析

现有拱桥吊杆疲劳分析中,较少考虑车-桥耦合振动及考虑桥面平整度退化的影响,致使分析成果具有一定的局限性.根据在役桥面平整度等级国际通用评价体系,模拟了运营阶段桥面平整度退化历程.结合已编制随机车流-桥梁耦合振动分析程序,建立了可考虑车-桥耦合振动及考虑桥面退化等因素的拱桥吊杆疲劳分析模型.以某拱桥为工程背景,对比研究了不同因素作用下拱桥典型吊杆的疲劳损伤及疲劳寿命.结果表明,车-桥耦合振动及桥面平整度退化因素对拱桥吊杆疲劳影响较大,在考虑车-桥耦合及桥面平整度退化共同影响下,计算得到的吊杆疲劳寿命值比不考虑两者影响所得值少15~30年.研究成果对桥梁结构正常使用状态评估有一定的工程应用价值.     

桥梁抖振力空间相关性对风-车-桥耦合动力响应的影响

基于提出的抖振力模型和建立的风-车-桥耦合振动模型,发展了一种可以考虑抖振力空间相关性的风-车-桥耦合振动分析方法,并编制了相应的计算程序.以江顺长江大桥为工程背景,测试了桥梁抖振力的空间相关性和考虑车桥耦合作用的车桥气动参数,分析研究了桥梁抖振力空间相关性对侧风作用下桥梁和车辆耦合动力响应的影响.研究结果表明:桥梁抖振力空间相关性对桥梁动力响应有显著影响,对车辆的动力响应也有一定的影响.     

大跨度斜拉桥在车辆动力加载作用下的振动响应计算与监测

大跨度斜拉桥形式多样，结构轻柔，动力响应明显。为研究车辆动力加载作用对大跨斜拉桥的影响，基于健康监测系统长期监测数据建立车辆-桥梁动力相互作用分析模型，并编写相应计算程序。以福州市青洲大桥为工程背景，对随机车流进行模拟，考虑不同车辆类型及随机车流动态加载作用，建立车辆-桥梁动力平衡微分方程，验证车桥耦合振动模型，计算不同工况下由车辆载重、车距、车速等汽车荷载引起的桥梁振动响应。研究结果表明：车辆载重是影响桥梁位移变化的重要因素；控制行车间距有利于控制桥梁位移；行驶车速的提升和车辆数量的增加会在一定程度上引起主梁振动响应的加剧。研究成果可为大跨度斜拉桥的结构设计以及安全运营提供参考。     

风-车-桥耦合作用下大跨桥梁驾驶模拟实验方法

为了对大跨桥梁上的行车安全进行精细化研究,基于风-车-桥耦合作用理论,计算3种风速下的桥梁振动作用,建立同时考虑侧风作用和振动作用的大跨桥梁驾驶模拟实验场景.将20名驾驶员根据驾驶经验的不同分成两组,开展驾驶模拟实验.研究结果表明:在侧风作用的后期,受到桥梁振动影响的车辆横向偏移和偏航角速度的波动比无振动情况下大.桥梁振动作用会对驾驶员产生积极的警示作用和不利的干扰作用,对经验相对欠缺的驾驶员,侧风和振动共同作用对行车安全更不利.     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.     

随机车流作用下大跨度悬索桥振动分析

引入元胞自动机随机车流模拟方法,采用已建立的能考虑车辆空间振动的18个自由度整车模型模拟车流中重型车辆,利用单自由度车辆模型模拟车流中其他车型,模拟了能考虑邻近车辆对车流的影响桥上随机车流模型.通过车轮与桥面间的变形与接触力协调关系,建立了桥梁与车流耦合作用下运动方程.分析表明:车流中相邻车辆是否考虑对桥梁振动位移的影响较大,且随机车流作用下引起的悬索桥主梁及索塔的空间振动不能被忽视.     

11自由度非线性车辆平顺性模型的研究及应用

在分析车辆平顺性的基础上,建立了11自由度平顺性分析的模型,在传统模型的基础上增加了座椅,同时考虑了悬架的非线性因素.所建立的模型考虑了车身的俯仰及侧倾,以及座椅对车辆平顺性的影响,使分析模型更加详细和完整.利用变步长积分法得到车身的垂向振动、俯仰振动和侧倾振动加速度,以及4个座椅振动加速度,分析了不同路面、不同行驶速度和不同乘坐位置对车辆平顺性的影响.结果表明,考虑座椅的11自由度平顺性模型的分析结果更符合实际,比直接用车身来衡量平顺性的结果更精确.     

基于人车耦合动力学模型的重型卡车平顺性仿真与优化

以某三轴重型卡车为研究对象,建立了考虑人车耦合作用的23自由度动力学模型,应用谐波叠加法建立了路面激励模型作为振动系统的输入,根据拉格朗日方程推导了人车耦合模型的动力学方程并通过Newmark算法实现动力学方程的求解,研究了人车耦合作用对车辆和人体振动响应的影响;根据ISO2631-1:1997(E)中的车辆平顺性评价方法,考虑人体大腿的垂向振动和背部的垂向振动、前后振动,以人体综合振动加权加速度均方根值为指标对重型卡车的平顺性进行评价,探究了车辆悬架、驾驶室悬置和座椅悬架的刚度阻尼参数对重型卡车平顺性的影响,并采用带有收缩因子的粒子群算法对车辆的平顺性进行了优化.研究结果表明:考虑人车耦合作用会改变车辆座椅、人体大腿和背部等部位的振动响应,车速较低时人车耦合作用对平顺性仿真结果的影响较大,在进行车辆平顺性仿真研究时需要考虑人车耦合的作用;在人车耦合条件下,车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数均对车辆平顺性产生影响,且在不同参数区间范围内影响程度有所不同;综合考虑车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数的匹配,实现了整车平顺性优化,在不同车速下人体综合振动加权加速度均方根值与优化前相比降幅均超过38%,考虑多参数匹配的平顺性优化效果显著.     

基于车-椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化

针对高速列车转向架垂向悬挂系统中存在的阻尼匹配问题,根据1/4车体-座椅垂向行驶振动模型,利用Matlab/Simulink建立了转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计仿真模型.以人体振动舒适性最佳为目标,建立了转向架一系和二系垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计数学模型.以轨道高低不平顺作为输入激励,以一系及二系悬挂垂向行程和一系悬挂动静态力之比为约束条件,建立了基于转向架车体-座椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计方法.通过设计实例及仿真验证可知,优化后高速列车的乘坐舒适性显著提高,座椅垂向振动加权加速度均方根值降低了21.7%,表明所建立的优化设计方法是正确的.     

基于CFD的风-车-桥系统耦合气动力模拟研究

风-车-桥耦合振动气动力是桥梁设计的必要参数,也是影响车辆安全性的重要指标.文章基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)理论,采用Fluent软件对横风作用下风-车-桥耦合振动气动力进行数值模拟分析.首先建立了城市轨道交通中地上运行部分桥梁及车辆的模型,模拟了在不同风攻角下的桥梁单体、车辆单体及车桥耦合系统的气动力系数,分析结果表明在不同的风攻角情况下,车辆、桥梁以及车桥系统的气动力系数会随着风攻角的改变而改变.同时,由于车辆和桥梁间的相互作用,车辆和桥梁的气动力较之两者单体均有所增大.因此,桥梁设计时要考虑两者之间的相互影响.     

随机车流作用下桥梁冲击系数分析

为研究交通车辆作用下在役桥梁的振动特征,需提出随机车流作用下桥梁的冲击系数计算方法.根据响应面分析方法拟合了影响面的函数表达式,求得随机车流作用下桥梁结构最大静挠度;基于已编制的车-桥耦合振动分析程序,获得各类车型单独作用下车-桥耦合接触力,用该耦合接触力等效代替各类车辆三维模型作用在桥梁结构上,从而获得随机车流作用下桥梁结构的动力效应,并求得相应冲击系数,从而提出了简便且实用的随机车流作用下桥梁结构冲击系数计算方法.通过与规范计算值对比表明,本文所提出的方法能有效地计算随机车流下桥梁的冲击系数.     

基于虚拟样机技术的汽车平顺性仿真研究

以某双横臂悬架汽车为研究对象,运用虚拟样机技术,建立前悬架虚拟样机模型.通过虚拟仿真,得到其前轮定位参数,揭示其运动学规律.基于ADAMS/Car建立整车仿真模型;建立粗糙水泥路面随机激励及脉冲路面激励,并分别进行汽车平顺性仿真.得到相应的人体振动加权加速度均方根值和座椅处的最大垂向加速度,分别对随机路面激励和脉冲路面激励下的汽车平顺性进行评价.结果表明:随机路面激励下汽车具有较好的平顺性,脉冲路面激励下对乘员健康无危害.     

公路连续梁桥在横向多车作用下的振动响应研究

为研究横向多车作用下连续梁桥的振动响应,通过ANSYS建立公路连续箱梁桥的三维实体有限元模型,采用三维整车模型模拟三轴自卸汽车,引入路面不平顺的激励作用,建立多车车桥耦合振动方程.采用自编Matlab程序对横向并排两车、纵向前后两车及单车工况下桥梁的振动响应进行对比研究.结果表明:横向两车工况下的冲击系数与单车工况下的冲击系数接近,且为单车工况结果的0.4～1.3倍;纵向两车工况下的冲击系数绕单车工况下的冲击系数上下波动,且为单车工况结果的0.037～43.887倍.多车工况下的桥梁振动响应与车速、桥跨、车辆间距、路面等级等多种因素有关.     

道路交通引起城市人行钢桥振动特性分析

为了研究道路交通引起的城市人行钢桥振动特性,基于线性动力学理论,采用MSC.MARC建立全桥三维模型进行瞬态动力分析.通过对人行钢桥简化模型的动力求解,拟合出动力变化系数与频率比关系曲线,并对道路交通荷载引起的人行桥振动问题进行理论分析.按照实际人群密度和实测道路交通荷载激励分别计算了人行钢桥的动力响应.分析结果表明,在道路交通荷载激励下人行桥上部结构的振动较大,对于自振频率较高的城市人行钢桥,道路交通荷载对人行桥振动的影响更为明显,城市人行桥振动控制应当考虑综合激励环境下的影响.     

五自由度人-车-路耦合模型振动分析

通过人-车-路三者相互作用的关系,建立了五自由度人-车-路耦合振动模型;利用牛顿法建立五自由度人-车-路模型的振动微分方程,运用MATLAB/SIMULINK软件对数学模型进行转化获得仿真模型。基于行驶车速和路面不平度激励,分析了五自由度耦合模型系统的振动特性,给出了相应变量的位移、速度和加速度响应曲线。研究成果对汽车的乘坐舒适性分析具有一定的指导意义和参考价值。     

多车车桥耦合振动特性研究

在简支梁车桥耦合振动的理论分析中库辆之间的相互作用是难点。在车辆的动力平衡方程以及车桥相互作用力的表达式的基础上雅导多车激励简支梁车桥耦合振动动微分方程,建立多车激励简支梁车桥耦合振动模型,利用Newmark算法对微分方程进行数值求解,分别从时域和频域分析得:在车辆间的相互作用下车桥耦合振动大大增加。最后,根据车桥耦合振动系统的边界衔接条件验证了多车桥梁耦合振动模型的可行性和耦合特性研究的正确性。     

轮毂电驱动汽车乘坐舒适性研究

针对轮毂电驱动汽车乘坐舒适性变差及驱动电机的质量问题, 建立了车身与车轮两自由度四分之一车辆 振动系统模型, 通过计算不变点说明乘坐舒适性变差的原因, 并给出驱动电机的质量要求以提高乘坐舒适性, 并用 Simulink 对结果仿真和验证。 结果表明, 频率不变点不会因为弹簧刚度和阻尼系数的改变而改变, 而且频 率不变点所对应的车身加速度对路面输入速度的幅频特性值很接近极大值, 对乘坐舒适性影响很大, 导致轮毂 电驱动汽车乘坐舒适性变差, 并给出驱动电机最适合整车舒适性的质量要求。     

变速车辆与桥梁的耦合振动及其TMD控制

在车辆变速与路面粗糙条件下,推得安装调质阻尼器(TMD)前、后的车桥耦合系统的无量纲运动微分方程.作为其特例,研究了匀变速车辆与路面粗糙弹性支撑桥梁的耦合系统,讨论了车辆的加速度、初速度、弹性支撑刚度以及随机路面粗糙度对桥梁跨中无量纲最大挠度的影响,并对耦合系统发生共振时进行TMD控制.数值计算结果表明,车辆的加速度、初速度、弹性支撑刚度以及随机路面粗糙度对桥梁的影响均很大而不能忽略;TMD明显地减小了共振振幅.