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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

浮置板轨道结构系统振动模态分析

采用有限元分析方法,建立浮置板轨道结构的三维有限元模型,对不同橡胶支承刚度和扣件刚度组合条件下,两种密度混凝土浮置板进行模态分析,获得了橡胶支承刚度为20 kN.mm-1、扣件刚度为30 kN.mm-1时浮置板轨道结构的低阶固有频率和振型,其结果与试验结果吻合.分析了混凝土板密度、橡胶支承刚度、扣件刚度对浮置板轨道结构系统振动特性的影响,可为浮置板轨道结构的减振降噪优化设计提供理论依据.     

基于磁流变技术的地铁轨道垂向振动研究与ANSYS仿真分析

针对刚度和阻尼可以调整的磁流变隔振器在地铁轨道的垂向隔振性能进行了研究?分析了如何调整磁流变隔振器的刚度和阻尼实现优化地铁浮置板轨道减震?隔振效果?在ANSYS里建立地铁列车水平运动的垂向振动等效模型进行力学分析?通过调节刚度和阻尼观察地铁轨道等效模型的减震?隔振效果的变化,得到提高轨道的减震?隔振性能刚度和阻尼的优化范围,从而实现比传统被动隔振器更理想的振动特性?     

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。     

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.     

双层流体浮筏的隔振特性研究

基于反共振原理,提出了能隔离包含2个频率成分振动的双层流体浮筏隔振装置,在小振幅假设下建立了双层流体浮筏系统的数学模型.分析系统的隔振机理,给出了力传递率的表达式.分析表明,双层流体浮筏具有2个反共振频率且可通过改变液位高度实现调节.将双层流体浮筏与质量和等效刚度相同的单层流体浮筏和传统质量-弹簧隔振系统进行比较,结果表明,双层流体浮筏在传统质量-弹簧系统没有隔振效果的低频段具有良好的隔振效果.当双层流体浮筏2个反共振频率一致时,其具有比单层流体浮筏更好的反共振隔振效果.     

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。     

轨道交通中无碴轨道连续型轨道板的质量对车辆振动影响

在对具有轨道板结构的无碴轨道的分析基础上,针对连续型轨道板结构的特点,建立了连续整体型轨道板结构的力学模型,即弹性支撑的Bernoulli-Euler梁模型.通过对连续型轨道板结构质量变化对轨道和桥梁系统振动响应影响的分析,求得无碴轨道中连续型轨道板结构的质量对振动影响的规律.     

预制式轨道板的纵向布置对无碴轨道振动特性的影响

在对具有预制式轨道板的无蹅轨道分析的基础上,针对预制式轨道板结构的特点,建立了预制式轨道板结构的力学模型(即刚体模型).通过对预制式轨道板不同纵向布置对轨道和桥梁系统振动响应影响的分析,得到了无蹅轨道中预制式轨道板的合理布置方式.     

地基中混凝土板隔振性能试验分析

为探究将混凝土板埋置在振源下或需隔振位置下这两种布置方式的隔振效果,采取试验研究的方法,测试了有无隔振措施时地表的加速度值,并通过两者加速度比值来衡量隔振效果。结果表明：混凝土板的埋深变化对隔振效果有较大影响,振源下混凝土板埋深参数为0.038时隔振效果显著,增大至0.153后隔振效果明显下降;隔振位置下板的埋深参数从0.019增加至0.076后板上方区域加速度比值明显增大。增大板的宽度有益于隔振,振源下板宽度参数从0.23提高至0.46后隔振效果得到了改善;同样隔振位置下板宽度参数从0.11增加至0.34后板上方振动明显减弱。增加板厚有利于隔振,但小幅度增加板厚对提高隔振效果作用不显著。此外还发现在不改变板总厚度的情况下,换用双层板的隔振效果比使用单层板要差,且双层板层间距的增大会使隔振效果变差。试验中存在当振源高频振动时隔振区内加速度比值较大的现象。由于将板埋置在振源下效果更好,进一步通过正交试验探究了振源下混凝土板隔振效果最优的尺寸及埋深。     

惯性积对光电设备减振性能的影响

在机动平台上一般采用被动减振系统来保护光电设备,设备的惯性积直接影响着减振系统的动力学特性和幅频响应特性,引起对应两角振动的耦合。为了定量确定惯性积的影响,根据动力学理论建立了系统的六自由度动力学模型并简化为两自由度模型,利用无量纲化方法,推导了固有频率与惯性积之间的数学关系,分析了在不同惯性积下系统的幅频响应。结果表明,系统的两阶固有频率随惯性积分别单调递增和单调递减,并且在惯性积为零处差值最小;系统对应的两阶固有频率差值随惯性积单调递增,在惯性积为零处最小;在低阶模态方向,惯性耦合系统的减振性能优于无耦合系统。     

火灾下两种不同边界钢筋混凝土双向板的振动性能分析

开展火灾下三边简支一边固支、两短边固支两长边简支两种边界条件下的足尺混凝土板的火灾试验.首先,在双向板表面布置拾振器,对火灾下两种双向板的振动性能进行研究;然后,通过回归分析,提出火灾下双向板的竖向一阶自激励频率与板中竖向位移的关系式,并基于频率差值进行楼板耐火极限预警;最后,采用ABAQUS软件对三边简支一边固支双向板受火过程中的频率差值进行模拟.结果表明:两种边界条件的双向板在火灾作用下的竖向一阶自激励频率均明显降低;频率差值-板中竖向位移的计算值曲线与实测值曲线基本一致.