车桥耦合系统动力响应的精细时程分析

为了研究车桥耦合系统的动力响应,首先将普通精细时程积分法进行改进;即将车辆荷载和车辆惯性力以"渐进"的方式加载到整个系统上。然后通过数值实例,编写MATLABT通用计算程序求解,得到运用改进时程法在积分步长较大情况下能得到较精确的结果。最后对计算精度和计算时间进行研究,得到积分步长对计算时间影响较大,积分间隔对计算精度的影响较大,所以在使用改进的精细积分计算式一般选取较大的积分步长和较小的积分间隔。     

流固耦合系统动力响应分析的精细时程积分法

通过对结构与理想流体耦合问题的分析 ,利用有限元方法对流固耦合系统动力响应进行了研究 .采用精细时程积分法、威尔逊θ法和纽马克法进行计算 .算例表明 ,精细时程积分方法具有精度高、不受时间步长的严格限制和计算工作量小等优点 ,适合于流固耦合系统的动力响应分析     

结构动力响应的精细时程积分并行算法

大型结构动力响应问题采用传统的时间步长直接积分方法求解是非常耗时的,因此发展相应的并行计算方法成为必然．传统的直接积分方法是极度串行而不适于并行计算,而精细时程积分方法可以使用大步长单步计算出求解区间任意时间点的响应值,为并行计算提供了极大的可能性．结构动力响应方程通过变量变换可以转化为一阶线性常微分方程,该方程组的解由表示初值影响的齐次方程解和反映荷载作用的积分之和组成．其中第一项用矩阵指数函数计算;第二项在文中采用精细时程积分傅里叶展开方法计算（设计了３种相应的并行算法）,并在ＴＲＡＮＳＰＵＴＥＲ并行机上实现．结果表明,３种ＨＰＤ－Ｆ并行算法有很高的加速比和并行效率．     

车桥耦合动力学系统模态综合分析

由于桥梁上的车辆荷载是一个带有质量的振动系统，从而使得桥梁在该荷载作用下的动力响应问题比一般结构动力系统的响应问题更复杂。车辆和桥梁可看成一个整体耦合动力学系统的两个分支，并引入模态综合法来分析其动力响应。结果表明利用模态综合法可以将车辆与桥梁之间的边界作为系统的内部耦合条件，从而使边界条件比较明确。     

基于精细时程积分的结构动力响应降维分析

利用指数矩阵精细算法及状态方程直接积分法,讨论了求解动力响应问题的时程积分方式。通过选择代数精度高的Cotes积分,得出了计算精度非常高的动力响应结果。采用减缩主从自由度的精细时程积分算法对动力方程进行降维积分,通过保留指定的主自由度,删除其余的自由度来减小质量阵、阻尼阵和刚度阵的维数,既降低了指数矩阵的维数又保持了必要的计算精度,使指数矩阵分解所需时间大为降低。数值算例表明所给方法在保障求解精度的前提下具有很高的求解效率。     

车桥耦合系统动力分析的模态综合技术

当高速重载车辆或者装载贵重和精密仪器的车辆过桥时 ,必须对车也进行动力分析 ,以保证车、桥以及车内物品的安全。为此对车和桥均进行有限元离散 ,建立耦合系统模型 ,在求得桥的响应的同时 ,得到车上关键点的位移。移动质量和移动阻尼使整体系统矩阵不对称且具有时变性 ,引入模态综合技术有效降低耦合系统自由度 ,减小计算量。算例显示某些情形下耦合系统响应分析中车的动力放大效应比桥更显著。对运载重要设备的车辆来说 ,车载装置的安全与桥的安全具有同样重要的意义 ,都应该加以研究。     

考虑横竖向车桥耦合曲线桥动力响应影响

为探究在有无横竖向车桥耦合作用下曲线桥的动力响应,通过运用有限元软件ANSYS建立三跨混凝土连续曲线桥模型和车辆模型,利用两者之间力的平衡条件和几何协调条件来模拟横竖向车桥耦合作用,并考虑车辆模型的横向振动,建立车—桥相互作用的动力学模型的方法研究了曲线桥的动力响应。结果表明：曲线桥前两阶振型主要以竖向振动为主,而高阶振型,弯扭耦合振动效应明显;70t车重作用下,1#跨中截面横向力最大值比不考虑横竖向车桥耦合作用增大了1.43%;1#跨中截面横向位移最大值比不考虑横竖向车桥耦合作用增大了10.25%。可见在对曲线桥进行动力响应分析时有必要计入车桥耦合作用;可以通过限载限重防治曲线桥的横向位移的产生。     

基于车桥耦合振动的铁路简支梁桥动力分析

以32 m简支梁桥为例,使用有限元软件SIMPACK和ANSYS分别建立CHR动车模型和32 m简支梁桥模型,进行两款软件的联合仿真,研究列车的通过速度和简支梁桥的刚度对桥梁动力响应的影响。研究结果表明:列车通过速度对桥梁跨中的竖向位移及竖向加速度影响比较大,跨中的竖向位移和竖向加速度均随列车通过速度的增大而增大,列车通过速度对桥梁跨中的横向位移和横向加速度影响较小;桥梁刚度对跨中的竖向位移、竖向加速度、横向位移和横向加速度的影响比较小,工程中在现有基础上增大桥梁刚度对提高桥梁结构的稳定性意义不大;该计算方法可用于车桥耦合振动分析,计算结果可为高速铁路桥梁建设提供依据。     

磁悬浮大跨度桥梁车桥耦合系统动力响应

以规划中的株洲段磁浮跨湘江大桥为背景,推导出磁浮列车系统的总势能,根据弹性系统总势能不变值原理和对号入座法则,建立磁浮列车—桥梁耦合系统动力响应方程。基于Fortran语言编制计算程序,对中低速磁浮列车—大跨度桥梁的耦合振动特性进行分析研究,通过改变磁浮列车—桥梁耦合系统的动力响应参数,包括行车速度、列车载重、车道数及轨道不平顺,分析各参数对车桥耦合系统的影响规律,并综合采用狄克曼指标和Sperling指标对磁浮列车的行车舒适性进行分析判断。结果表明：桥梁振动舒适性良好,动力参数分析所得结论可为磁浮桥梁设计施工、日常运营管理提供参考。     

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.     

混凝土徐变对柔性车体列车-桥梁系统动力响应影响分析

为了解决高速铁路混凝土简支梁桥徐变引起桥上轨道结构发生附加变形,进而影响桥上列车运营品质的问题,建立了柔性车体列车-桥梁系统动力分析模型,并以高速铁路常见跨度32m和24m预应力混凝土简支梁为例,分析了混凝土徐变对桥上CRTS III型无砟轨道结构附加变形的影响特点,并进一步研究了轨道结构附加变形对桥上列车运行安全性及平稳性的影响规律.研究结果表明:延长铺轨时间可有效防止混凝土桥梁工后徐变引起的轨道结构附加变形量超出规范限值;梁体徐变下挠情况会使梁端区域的轨道结构出现凸起折角,列车通过这一折角时轮对动轴重会急剧减小,可能出现"轮轨分离";梁体徐变对运行舒适性指标的影响远大于对运行安全性指标的影响,同时,忽略车体柔性会低估梁体徐变对车辆运行舒适性的影响.     

奇异系统矩阵的精细积分

在原有精细积分法的基础上,对非齐次方程出现奇异矩阵的问题进行探讨.采用奇异值分解法,利用奇异值分解得到的正交矩阵.将奇异矩阵转化为非奇异矩阵,然后利用精细积分法进行求解,最后通过转换矩阵得到原奇异问题的解.数值算例表明,该方法简单易行,并保持了精细算法的优点.     

控制系统动态特性精细积分数字仿真

应用指数矩阵的精细积分方法研究了用状态方程或传递函数阵表达的系统的动态特性数字仿真问题,推导了在典型激励函数如脉冲、阶跃、斜坡信号等作用下控制系统状态变量及输出变量矩阵形式的离散计算公式,给出了仿真算法,从仿真实例看到,当步长Ｔ＝０．５ｓ时,精细积分数字仿真结果与解析解的数值结果相同,当Ｔ＝８ｓ时,两者的结果在小数点后１２位完全相同,表明了控制系统的动态特性精细积分数字仿真方法具有高度准确的特点。     

一种提高增维精细积分法计算精度的方法

提出了一种提高常系数非齐次常微分方程组增维精细积分法计算精度的方法。对于常系数非齐次常微分方程组,一般增维精细积分方法在每一个时间步内把非齐次项当成常数,并取其值为该时间步的初始值。在每一个时间步长内,仍然将非齐次项当成常数,但是该常数的值取为该时间段内不同时刻值的平均值,或者取为中间时刻的值,计算精度得到了很大的改善。数值算例显示了方法的有效性。     

用精细积分法求解非线性薛定谔方程

文章将精细积分法从求解线性定常结构动力系统推广应用于求解非线性薛定谔方程上.首先将非线性薛定谔方程变形为齐次方程的形式,然后用精细积分法模拟其随时间的演化过程.具体模拟了变系数非线性薛定谔方程的解,给出了两周期性孤子的相互作用情况及两个光脉冲的相互干涉情况.通过具体算例,说明该方法是可以对非线性薛定谔方程所反应的问题进行模拟计算的,并且有切实的效果.     

精细积分法在非线性动力学问题中的应用

 针对非齐次结构动力方程Duhamel形式的特解,建立了一种高效的特解精细积分法,对于非齐次项为幂函数和指数函数的情况,该方法能给出计算机上最高精度的解答。上述特解精细积分过程能与通解精细积分过程有机地结合起来,并形成一种高效的广义精细积分法。在此基础上,建立了非线性动力学方程的一种迭代算法。该方法具有很高的精度和效率以及较大的适用范围。算例结果证明了该方法的有效性。     

精细积分算法求解双曲热传导问题

采用精细积分方法求解线性双曲热传导问题，建立了一般的双曲热传导有限元模型，推导了双曲热传导方程中的精细积分方法的具体列式，数值算例验证了该方法的有效性。     

两端边值问题的通用精细积分法

提出了常微分方程组边值问题精细积分的一种通用方法。利用传递矩阵建立区段代数方程,并针对各种边界条件,导出了区段合并消元的递推公式。由于直接利用了传递矩阵的结果,其区段合并消元过程具有很高的计算效率。另外文章方法比黎卡提方法更容易处理复杂边界条件,具有广泛的适用性。数值算例证明了文章方法的有效性。     

含时薛定谔方程的精细积分法

首先对含时薛定谔方程的空间变量进行离散,而后对含时部分进行时间平均处理,采用精细积分方法模拟其随时间的演化过程.数值结果显示该方法是有效的,二阶的近似方法能达到四阶以上的计算精度,而且是无条件稳定的.