改进bang-bang控制的磁流变阻尼钢弹簧浮置板轨道基频的减振效果

为了应用磁流变阻尼器解决钢弹簧浮置板轨道基频振动放大的问题,首先应用修正的Dahl模型表征磁流变阻尼器的非线性动力响应,其次建立磁流变阻尼器隔振钢弹簧浮置板轨道模型,并结合改进的bang-bang控制算法,仿真分析地铁车辆-轨道-磁流变阻尼器隔振钢弹簧浮置板轨道垂向耦合系统的动力响应特征。研究结果表明:1)磁流变阻尼器对钢轨和浮置板道床的最大位移基本无影响,但可有效减小列车到来和离开时刻钢轨和浮置板道床的振动位移;2)磁流变阻尼器能够显著降低钢弹簧浮置板轨道基频处支点反力幅值,但在中高频范围内幅值会被放大;3)运用改进bang-bang控制算法后,磁流变阻尼器不仅可有效减小基频处支点反力幅值,同时还可解决中高频范围内支点反力放大的问题;4)运用改进bang-bang控制算法后,磁流变阻尼器可减小浮置板轨道2.5 Hz以上范围内的垂向振动加速度振级。     

地铁浮置板轨道垂向振动半主动控制与仿真

采用阻尼可调〖JP2〗减振器件对降低地铁浮置板轨道振动具有重要作用,在用磁流变减振器替换浮置板轨道被动钢弹簧器件的基础上,建立了地铁轨道垂向振动力学模型,以抑制浮置板垂向振动来降低列车激振能量向地基的传递为目标,设计了兼顾浮置板振动速度和加速度的磁流变减振模糊控制、仅通过抑制浮置板振动速度来减振的天棚控制,分别对磁流变减振器阻尼值进行半主动控制。搭建了地铁浮置板轨道垂向振动半主动隔离仿真平台并进行了不同减振方式的仿真实验。结果表明,地铁浮置板轨道采用可控阻尼的磁流变减振器时,其低频减振效率较被动钢弹簧器件提高了18%~28%,具有明显的优势,且基于磁流变减振器的地铁轨道振动模糊控制优于天棚控制效果。     

钢弹簧浮置板轨道的随机振动分析及参数优化

通过构建车辆-钢弹簧浮置板轨道垂向耦合模型,计算分析了扣件(隔振器)刚度和阻尼对钢弹簧浮置板轨道频域随机振动的影响规律,为钢弹簧浮置板轨道关键设计参数的合理选择与组合优化提供理论依据.研究结果表明:a.在钢弹簧浮置板轨道垂向位移满足规范要求的前提下,尽可能降低扣件与隔振器刚度;b.扣件阻尼增大能够降低浮置板轨道及其下方基础20~65 Hz的中高频振动,但同时会放大其80 Hz以上的高频振动,建议扣件阻尼系数的取值范围为50~100kN/(m·s~(-1));c.隔振器阻尼增大可略微降低浮置板轨道基础5~16Hz的中低频振动,但同时会显著放大其20Hz以上的中高频振动,建议隔振器阻尼系数应控制在55~75kN/(m·s~(-1))范围内.     

磁流变阻尼半主动隔振的钢弹簧浮置板轨道动力响应分析

为了提高钢弹簧浮置板轨道的低频减振效率,借鉴磁流变阻尼半主动控制技术,建立车辆-磁流变阻尼半主动隔振钢弹簧浮置板轨道的垂向耦合动力学模型与磁流变阻尼地棚半主动开-关(on-off)控制的数值模拟方法,并仿真分析磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道的非线性动力响应特征。研究结果表明:磁流变阻尼力能够提高浮置板轨道垂向变形的安全余量,但是过大的磁流变阻尼力易引起钢轨出现上拱现象;磁流变阻尼半主动隔振能够重新调整浮置板轨道下部振动能量的频域分布,既能有效分担浮置板轨道下部1~16 Hz的低频振动能量,也能将人体敏感频率(4~8 Hz)的能量转变为极低频的能量(低于1 Hz)向外传播;应用磁流变阻尼后,增大了浮置板轨道支承刚度的下调余量,可进一步提高浮置板轨道的隔振效率。     

地铁浮置板轨道过渡段参数对隧道和土体振动的影响

为研究地铁车辆通过浮置板轨道过渡段时隧道和土体的动力响应规律,提出了时域高效计算的隧道-饱和土体半解析环状层单元,结合车辆-轨道动力学,建立了车辆-浮置板轨道过渡段-隧道-土体系统耦合动力计算方法,研究了浮置板轨道过渡段长度、钢弹簧刚度等参数对隧道振动加速度、土体正应力和孔隙水压力的影响.结果表明,过渡段参数设计需重点...     

短型浮置板轨道减振系统振动响应分析

利用自行编制的有限元程序Vehicle Structure Dynamic Analysis Program（VSDAP）,从振动响应入手,同时结合短型浮置板的传递特性,研究短型浮置板轨道结构板下结构物理参数对于整个系统,包括车辆结构、轨道结构以及基础结构振动响应的影响.研究结果表明：当质量比例系数ξm、阻尼比例系数ξc和刚度比例系数ξk三者有2个取定的情况下,另外一个值可以通过分析给定一个建议区间;随着ξk增大,共振时传递率最大值降低,但截止频率升高;车体振动加速度最大值下降,浮置板自身振动幅度下降,但桥梁振动加剧;随着ξc的增大,共振时其传递率最大值下降速度由快至缓,当ξc达到某一值时,对隔振效果的影响已不是很明显.     

移动简谐荷载下浮置板轨道-隧道-地基模型二维振动响应研究

为分析地铁隧道中浮置板轨道的减振特性，基于轨道-隧道-地基二维耦合模型，通过引入位移势函数和双重傅里叶变换，推导了移动简谐荷载作用下二维耦合模型的位移响应解答，研究了浮置板轨道参数敏感性.研究表明，二维耦合模型存在3个自振频率，地层的位移响应以低频为主，峰值频率在1Hz左右，不同荷载频率下地层竖向位移沿深度的变化规律不同.地层加速度响应以中低频为主，第二自振频率对应的地层加速度峰值最大，采用浮置板轨道并不能减少地层振动位移，但可以有效降低1.414倍第二自振频率以上地层振动的加速度响应.增加浮置板质量和降低钢弹簧刚度可以减少地层的加速度响应达到减振目的，改变钢轨扣件刚度和浮置板抗弯刚度对地层加速度响应的影响很小.研究可为地铁环境振动的快速评估提供参考.     

地铁列车作用下不同无砟轨道结构振动响应

建立了单趾弹簧扣件、弹性支承块式、橡胶浮置板式3种无砟轨道的空间振动分析模型和地铁列车-无砟轨道系统空间振动分析方程.分别计算了3种无砟轨道在地铁列车荷载作用下的空间振动响应,并比较了系统响应随无砟轨道类型及车速的变化规律.结果表明,系统振动响应随车速的提高而增大;在车速相同的条件下,无砟轨道类型对钢轨竖向位移、轨道板竖向位移、轨道板竖向加速度、轮轨竖向力、脱轨系数及轮重减载率等响应影响较大,对其他振动响应的影响不甚明显;橡胶浮置板式轨道的竖向位移、横向位移与轨距扩大值最大;单趾弹簧扣件轨道轮轨作用力最大,橡胶浮置板轨道轮轨作用力最小;支承块和浮置板振动加速度明显小于钢轨振动加速度;在3种轨道行驶条件下,随着车速提高列车脱轨系数和轮重减载率均增大,竖向振动加速度最大值、横向振动加速度最大值、Sperling竖向舒适度指标和Sperling横向舒适度指标大致呈现先增大后减小趋势.当地铁列车在80km/h以下的运行速度通过这3种轨道结构时,列车的安全性和舒适性均能得到保证.     

城市轨道交通列车-浮置板式轨道系统竖向振动模型

针对浮置板式轨道结构特点,取相邻2个扣件之间的轨道为1个轨段单元,钢轨视为连续弹性点支承Euler梁,浮置板视为弹性薄板,扣件系统及橡胶支座均模拟为线性弹簧及粘滞阻尼器,建立浮置板式轨道振动模型;将城轨列车中的车辆均离散为多刚体系统,各刚体之间通过线性弹簧及粘滞阻尼器相连,建立列车振动模型;将浮置板式轨道及列车振动势能叠加,得到系统竖向振动总势能：基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立此系统竖向振动矩阵方程;采用Wilson-θ逐步积分法求解此矩阵方程,得出此系统竖向振动响应。研究结果表明：采用浮置板式轨道振动模型计算的钢轨竖向位移为4．18mm。浮置板竖向位移为0．69mm,与已有研究结果吻合良好：城轨列车以速度60km／h在浮置板式轨道上运行时的系统竖向振动响应波形图符合物理概念,响应的量值反映了系统竖向振动的通常幅值。     

基于有限元法的钢弹簧浮置板轨道减振性能分析及优化

在不影响减振效果的前提下减少浮置板钢弹簧的使用量,以降低浮置板轨道建设成本,根据实际工程施工图纸,构建钢弹簧浮置板轨道的有限元模型,对钢弹簧浮置板轨道在不同弹簧刚度、布置方式及载荷下浮置板轨道的模态频率和竖向位移进行了分析;同时以南方某市实际运行地铁轨道为优化目标,优化钢弹簧的使用数量、布置及钢弹簧参数,并通过数值仿真进行验证。结果表明:选择弹簧刚度8.5 kN/mm可将25 m浮置板轨道钢弹簧使用量降低至32个,固有频率小于10 Hz,可以获得较好的减振效果。     

基于频域快速数值算法的浮置板轨道隔振性能

以移动谐振荷载下浮置板轨道的力传递率为评价依据,研究浮置板轨道的隔振性能.视浮置板轨道为周期性无限轨道结构,在移动谐振荷载作用下,运用周期结构响应性质,建立浮置板轨道的频域快速数值算法.运用该算法计算浮置板轨道力传递率,进而对浮置板轨道的隔振性能进行分析.研究表明:对于某一激振频率的移动荷载,浮置板轨道力传递率较大的频段就位于荷载自身频率附近,且力传递率的主要峰值个数由轨道的频散特性决定;浮置板轨道不同位置的隔振性能不同,尤其当荷载频率在低频段时,浮置板端部的隔振性能最差,越往中部隔振性能越好;随着荷载速度的增加,荷载频率附近频段的力传递率会有所下降,但其他大部分频段的力传递率会有所升高.     

铁路地下直径线橡胶浮置板道床钢轨变形限值研究

浮置板道床能有效减小铁路振动的影响,因此可将其应用于穿越人口密集区的铁路地下直径线。为了确保行车的安全性和舒适性,有必要对铁路运营下浮置板道床钢轨的合理变形限值进行研究。基于有限元法,建立了车辆-橡胶浮置板道床耦合动力学模型,对SS9列车100 km／h速度下车辆、钢轨、浮置板等部件的动力学特性进行了研究,并从行车安全性和平稳性方面提出了浮置板道床钢轨的变形限值建议值。研究表明：橡胶垫面刚度小于0．02 N／mm3时,轨道结构产生较大垂向位移;100 km／h速度条件下,铁路橡胶浮置板道床钢轨垂向变形限值取4 mm时,能满足行车安全性和平稳性要求。     

过渡段刚度变异性对车轨系统动力响应的影响

针对高速铁路路桥过渡段刚度参数的变异性对车辆-轨道-线下基础系统动力响应的影响,运用车辆-轨道耦合动力学理论,并通过修正扣件弹簧的刚度矩阵实现钢轨梁与轨下基础平面模型的垂向传力耦合,同时引入无限单元法消除边界效应,建立高速铁路路桥过渡段车辆-轨道-线下基础系统垂向耦合振动模型;利用该模型,应用基于拉丁超立方抽样的随机有限元法,分析了过渡段路基刚度参数变异性对过渡段车辆-轨道系统动力响应的影响.结果表明,刚度参数的变异性对钢轨垂向动位移的影响大于对轮轨力及车体加速度的影响,且各动力响应主要对倒梯形部分填料的参数变化较为敏感;动力响应数据偏离正态性,在95%的置信水平下,过渡段轮轨力、车体加速度的最大值近似服从韦伯分布,钢轨垂向动位移最大值的数据分布则呈现明显的"高峰厚尾",易出现异常大值,为减小钢轨垂向动位移以及便于管控施工质量,应适当提高过渡段路基刚度;选用钢轨垂向动位移最大值作为过渡段动力设计的安全评价指标,计算显示现行设计模糊失效概率为0.000 45,失效概率较小,动力设计较为可靠.     

浮置板轨道隔振性能研究

为了分析浮置板轨道的动态特性,根据结构动力学原理建立了两种浮置板轨道的计算模型.应用所建模型对长、短两类浮置板轨道的隔振性能进行了分析和比较.计算结果表明,浮置板轨道对于隔离钢轨传递给基础的振动有显著作用,长浮置板轨道的隔振性能在力的作用处稍优于短浮置板轨道,但沿钢轨方向短浮置板轨道的振动衰减比较快.浮置板系统的固有频率越低,隔振性能越好.可以通过增加浮置板质量和降低浮置板支承刚度的方法降低浮置板轨道系统的固有频率,以达到较好的隔振性能.     

高架钢弹簧浮置板轨道减振特性分析

分别采用有限元和现场试验方法从时频域角度对高架钢弹簧浮置板轨道结构的减振特性进行了分析.研究结果表明,减振器刚度和间距的改变对浮置板前10阶振动频率分布影响较大,减振器刚度和间距的变化是通过改变浮置板单位长度刚度来达到控制减振效果的目的,浮置板顶升后高架箱梁结构顶板、翼缘、腹板和底板的振动水平在25～100 Hz范围内分别减小11～22 dB,12～20 dB,20～30 dB和12～21dB,减振效果随减振器刚度的增大而减小,随减振器间距的增大而增大,箱梁结构的位移受减振器刚度和间距变化的影响较小;浮置板轨道在63～2 000 Hz范围对轮轨噪声具有一定的降噪效果.     

高速铁路路桥过渡段动力特性受其刚度变异性影响的随机性分析

针对高速铁路路桥过渡段刚度参数的变异性对车辆轨道线下基础系统动力响应的影响,运用车辆轨道耦合动力学理论,并通过修正扣件弹簧的刚度矩阵实现钢轨梁与轨下基础平面模型的垂向传力耦合,同时引入无限单元法消除边界效应,建立高速铁路路桥过渡段车辆轨道线下基础系统垂向耦合振动模型;利用该模型,应用基于拉丁超立方抽样的随机有限元法,分析了过渡段路基刚度参数变异性对过渡段车辆轨道系统动力响应的影响.结果表明,刚度参数的变异性对钢轨垂向动位移的影响大于对轮轨力及车体加速度的影响,且各动力响应主要对倒梯形部分填料的参数变化较为敏感;动力响应数据偏离正态性,在95%的置信水平下,过渡段轮轨力、车体加速度的最大值近似服从韦伯分布,钢轨垂向动位移最大值的数据分布则呈现明显的“高峰厚尾”,易出现异常大值,为减小钢轨垂向动位移以及便于管控施工质量,应适当提高过渡段路基刚度;选用钢轨垂向动位移最大值作为过渡段动力设计的安全评价指标,计算显示现行设计模糊失效概率为0.000 45,失效概率较小,动力设计较为可靠.     

地铁运行振动规律及减振措施

通过对轨道和车辆结构的分析,对引起地铁运行振动的原因和振动的传播规律进行了系统地研究.在此基础上重点从振源、受振建筑物和振动传播途径3个方面提出了切实可行的减振避振措施.提出降低车辆簧下质量、采用非摩擦式制动的径向转向架、铺设重型无缝钢轨对降低轮轨间垂向力具有重要作用;铺设浮置板轨道、使用轨道弹性扣件、构筑隔振沟可以控制乃至阻断振动的传播途径;对地铁线路附近的建筑物需要进行减振隔振处理.     

橡胶垫浮置板轨道变形控制及减振分析

在进行轨道结构减振效果的优化设计时,需要考虑结构的变形限值条件.以橡胶垫浮置板轨道为研究对象,采用模态分析和谐响应分析,对轨道系统的振动特性进行了研究.考虑钢轨的变形限值,提出了减振性能最优的板下胶垫刚度.利用建立的地铁车辆-橡胶垫浮置板轨道-基础空间耦合系统动力分析模型,计算了该胶垫刚度下的轨道、基础动力响应,对其减振效果进行了评估.研究表明:橡胶垫浮置板轨道具有较好的减振性能.按照钢轨变形限值4mm控制,轨道固有频率为18.7Hz.在1~80Hz频率范围内,浮置板轨道的综合减振效果为10.4dB.研究成果可用于实际工程,为类似减振轨道结构的选型和优化设计提供一定的借鉴.     

铁道车辆弹性车体垂向运行平稳性最优控制

采用基于轨道不平顺谱的最优控制及包括轮轴间时延的预瞄控制算法,设计了整车的主动悬挂控制规律,对铁道车辆弹性车体垂向动力学模型进行仿真分析.结果表明,基于轨道谱的预瞄控制算法在控制输出力及抑制车体的振动效果方面要略优于单纯基于轨道谱的最优控制算法;基于轨道谱的最优控制可以改善轨道至弹性车体中部的加速度传递率,在控制车体刚体振动的同时,也能抑制车体的整体弹性振动;最优控制算法对车体系统的低频振动及车体弹性一阶垂向弯曲振动控制作用明显,而对车体高频振动基本无抑制作用,据此可以帮助选择助动器的响应频率范围.     

考虑枕下胶垫超弹性本构的弹性长枕轨道动力仿真

为揭示枕下胶垫超弹性本构特征对弹性长枕轨道动力响应的影响,基于Mooney-Rivlin超弹性本构理论,建立车辆-轨道-隧道-土体空间耦合动力学模型,分析车辆荷载作用下轨道-隧道系统的动力响应,与等效刚度法进行对比,并探讨超弹性本构中枕下胶垫的合理硬度。研究结果表明:基于超弹性本构仿真得到的轨道各位置位移、加速度数据更真实准确;随着枕下胶垫硬度减小,隧道壁加速度有效值减小,但会放大轨枕垂向位移及下部结构75 Hz频段的振动;综合考虑轨道动力响应、振动传递特性及减振效果,建议弹性长枕轨道枕下胶垫的绍尔硬度取52。