利用虚拟样机分析空中轨道结构车轨耦合特性

预张弦索空中轨道结构不同于常规桥梁等结构,需要进行大量基础试验,而借助虚拟样机技术对这种新型轨道结构开展研究,能节省大量的时间和经费.针对预张弦索空中轨道结构的柔性特点,分析了利用虚拟样机技术开展其结构相关分析的可行性.在介绍了虚拟样机软件的柔性体建模方法与理论后,结合1∶15的模型试验,重点介绍了1∶1的预张弦索空中轨道仿真步骤及相应的建模方法,得到了相应的竖向位移和加速度时程曲线,总结了柔性弦索空中轨道的模型特点与方法.     

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.     

基于渐近均匀化理论的加筋土路基在交通荷载作用下的动力响应分析

通过渐近均匀化方法将加筋土路基等效成单一弹性参数的材料,再利用An-sys建立加筋土路基的三维有限元模型.用移动恒载来模拟交通荷载,研究加筋土路基在该荷载作用下的动力响应.具体研究了不同代表测点的等效Mises应力、竖向位移、竖向加速度的时程曲线变化规律,以及随着单轮轮载值、行车速度、距路基表面深度改变而变化的规律.     

移动荷载下倒装结构沥青路面动力响应

为了研究交通荷载下倒装结构沥青路面的动力响应规律,建立了移动荷载下粘弹性层状体系动力学模型,采用多参数评价方法,研究了轴重和车辆速度对倒装结构沥青路面动力响应的影响.研究结果表明:路面结构动力响应随着轴重的增加而增加,随着速度的增加而减小,但轴重和速度对不同的动力响应参数的影响不同;随着轴重的增加,面层内部出现最大剪应变的位置深度增加,路面的破坏深度增加;BZZ-100标准荷载下,面层内部7～8 cm深度位置剪应变最大,该深度位置应采用稳定性较好的改性沥青.     

地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应分析

为研究地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应,建立地面移动荷载作用下隧道数学模型.以济南市顺河快速路南延地下结构工程为背景,将地面交通荷载进行合理近似简化;利用动力方程推导围岩波势函数表达式,结合边界条件确定的波函数展开项系数,得到移动荷载作用下隧道的动力响应,并利用数值模拟的方式对结果进行验证;讨论移动荷载速度及隧道埋深对动力响应的影响.结果表明:径向应力响应在隧道拱顶处引起较大响应;切向应力则在拱顶处和两侧均引起较大响应;车辆速度及隧道埋深是影响动力响应大小的因素.     

高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道车辆荷载横向传递规律研究

为获取高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道底部荷载横向传递规律,通过实车试验并建立多车-无砟轨道-路基空间耦合分析模型开展研究,对不同行车速度下扣件支点反力和复合板与底座板下荷载横向分布规律进行了分析.研究结果表明:仿真分析模型能够较好地模拟现场行车荷载效应.行车速度对扣件支反力和板下荷载横向分布影响较小;建议轮轴作用点处扣件荷载承担比例选取为40%,与其相邻的两个扣件由近及远依次取为25%和5%;实测复合板底部荷载在横向上呈典型的双峰型分布,峰值处压应力最大为149.5kPa;实测底座板底部荷载在横向上呈M型分布,峰值处压应力最大为16.2kPa;既有规范在无砟轨道底部荷载取值时缺乏对扣件支反力影响范围、不同无砟轨道厚度及结构特征、基础刚度、各动车组参数等影响因素的考虑,建议开展针对性研究,完善无砟轨道设计参数体系.     

基于FLAC3D的移动荷载作用下基坑结构响应的分析

文章分析了深基坑支护结构在移动荷载作用下的动力响应问题,建立了相应的有限元实体模型,通过FLAC3D软件进行动力响应分析,并讨论了深基坑结构在不同移动荷载速度作用下的位移和应力变化;计算结果表明,速度大小对深基坑支护结构的动力位移和内力响应有较大影响,并为此类结构的设计提供参考依据.     

移动荷载作用下沥青路面应力响应的持续时间

在实测4种沥青路面结构应力响应的基础上,系统研究了行车速度与不同深度下的荷载响应持续时间的关系。研究结果表明,行车荷载沿路线方向的应力影响的有效长度在速度为20 km/h左右时存在峰值,沥青结构层内应力响应的持续时间与行车速度、深度存在显著的非线性关系。通过非线性数据拟合,得到了行车速度大于20 km/h时的荷载时间与荷载速度和结构深度的关系式,该公式意义明确,相对于已有的理论方法,其拟合精度大为提高。对大于20 km/h的行车速度与路面荷载频率之间的关系进行分析,建立了行车速度与不同路面深度的荷载频率的关系,为室内试验有效模拟行车荷载提供了依据。     

轨道刚度变化对轮轨冲击荷载的动力影响

从英国Derby铁路研究中心提出的P1和P2 力计算公式入手 ,对列车以 16 0km·h-1速度通过 6 0kg·m-1钢轨接头时轨道刚度变化对轮轨冲击荷载的动力影响进行了计算 ,并用车辆 -轨道垂向系统统一模型对比验证 .结果表明 ,公式计算和仿真模拟具有较好的一致性 .同时轨道刚度变化对轮轨高频冲击荷载影响不大 ,但对低频冲击荷载影响较大 .随着轨道整体刚度的增大 ,P2 力的增长幅度远远超过P1力 ,并逐渐逼近P1力 .由于低频冲击荷载对轨下部件的破坏较大 ,因此建议轨道结构须采用弹性设计的思想 .     

路基不均匀沉降对车辆和轨道动力响应的影响

以经典车辆-轨道耦合动力学为基础,推导了考虑重力的板式轨道相关结构振动方程,结合多刚体的车辆系统动力学模型,建立了考虑重力的车辆-板式轨道垂向耦合分析模型,提出了通过路基反力变化模拟路基不均匀沉降的具体方法,并对模型和方法进行了必要的验证.利用该模型研究了行车速度及路基不均匀沉降(包括路基不均匀沉降幅值、路基不均匀沉降波长等)对系统动力响应的影响.研究表明:随着行车速度和路基不均匀沉降幅值的增加,系统响应均相应增加,路基不均匀沉降对车辆运行影响的控制性指标应以舒适性指标为主、安全性指标为辅;随着路基不均匀沉降波长的增加,系统动力响应存在一个先增加后减小的过程,路基不均匀沉降的敏感波长与混凝土底座的长度有关.     

车辆-地面结构系统动力学研究

将车辆与地面结构视为综合体系，用数学模型描述车辆与地面结构接触面的平整度，建立随机场；研究在随机振动激励下发生的车辆对地面结构的各种运动荷载；分3种情况研究各种运动荷载作用下各类地面结构的动力响应。此项成果完全改变了过去以稳态点源荷载，甚至以静力荷载作为动力源，又将车辆和地面结构分形，进行单项研究等不符合实际的研究方法，从而开创了车辆－地面结构动力学理论的新体系。     

高速道岔辙叉区动力响应仿真分析

通过建立列车过岔有限元模型,运用动力学原理,研究移动荷载作用不同轨下刚度和列车速度在道岔辙叉区对轨道振动特性的影响。分析了心轨尖端、心轨根端及辙叉区共用垫板中心等特殊部位处的轨道振动特性。计算表明列车速度的变化对钢轨最大竖向加速度和岔枕最大竖向加速度的影响较大,而辙叉区轨下刚度的变化对钢轨最大竖向加速度、岔枕最大竖向位移及岔枕最大竖向加速度有较大的影响。     

车辆机械传动系统的动态载荷计算

本文介绍了一种计算高速履带车辆动力传动系统在非稳定行驶时动载荷的方法,此法将复杂的车辆传动系统,简化为集中弹性质量系统,建立动力模型、数学模型以及编制计算程序在电子计算机上求解微分方程组。并对车辆传动系在非稳定行驶工况的激励力作了分析建立了计算公式。应用提出的方法对某重型履带车辆在非稳定工况传动系统动态性能和载荷进行了计算,并与实车道路试验测得的数据进行对比。     

移动载荷作用下非线性连接浮桥的动力响应

以非线性有限元方法为基础,考虑桥节间非线性连接的影响,建立了浮桥三维动力响应分析控制方程,并采用超单元方法对系统的运动方程进行缩减;然后用Newmark直接积分和New-ton-Raphson迭代方法求解系统的非线性运动方程,研究了移动载荷作用下非线性连接浮桥的三维非线性动力响应特性.研究表明,桥节之间连接的非线性特性和间隙的大小对于浮桥的动力响应影响很大,必须加以考虑.     

车路耦合作用力特性及混凝土路面动态响应

应用1/4车-路耦合动力学模型及直接积分法,分析车辆以一定速度匀速移动时,车辆参数(集中质量、悬挂系统弹簧刚度和轮胎弹簧刚度)、路面板参数(路面板厚度、接缝宽度、接缝错台和接缝传荷等)以及地基参数(地基刚度、地基阻尼及地基弱化指数等)对车-路耦合作用力的影响;给出了动荷系数(动静荷载比)随各参量变化的影响曲线及其统计特征;探讨了有接缝混凝土路面板动弯沉和动应变的变化规律.结果表明,随着车速的提高,车-路耦合作用力的变异性增大,路面板动弯沉和动应变的波动性增强;因此,在水泥混凝土路面设计时,车-路耦合引起的动态效应应予以考虑.     

基于Kane方程的3SPS+1PS并联仿生髋关节试验机动力学研究

针对一种以空间对称3SPS+1PS并联机构为核心模块的髋关节试验机,为分析其动力学特性,基于凯恩方程法,从并联机构的运动学出发,建立了各主动支链与动平台中心点速度、加速度之间的关系。选取动平台中心点的速度和姿态角的导数为广义速率,得到了各构件的偏角速度、偏速度,考虑并联试验机的摩擦环节,建立了库伦摩擦模型;并通过得到的广义惯性力、广义主动力和广义摩擦力建立并联试验机的动力学模型。通过对动力学模型仿真得到主动支链的驱动力和驱动功率,并分析其动力学特性及摩擦力的影响。     

任意动载作用下长隧道纵向响应解析解

将长隧道简化为作用在Pasternak双参数地基上的无限长均质直梁,基于Euler-Bernoulli梁理论给出动力问题的控制方程,运用积分变换以及卷积定理对该偏微分方程进行求解,推导出长隧道在任意动载作用下竖向位移、竖向速度、竖向加速度、弯矩、剪力等响应的解析表达式.讨论了简谐线荷载、移动线荷载和行波荷载三种典型动力荷载下长隧道响应的退化解析表达,并与已有文献对比,验证了所推导解析解的正确性.以行波荷载为例,通过参数化分析,研究了行波波速、频率以及不同地基反力系数对隧道动力响应的影响规律.研究结论对长隧道抗震设计具有一定的参考价值.     

不同覆冰状态下导线风致振动响应仿真

为研究动态风载作用下不同覆冰状态下输电导线的动力响应,利用谐波叠加法模拟多点相关的脉动风速时程曲线,得到不同覆冰形式下的风荷载,建立导线有限元模型,对不同覆冰状态下输电导线各特征参数和风速的相关性,并对导线振动特性以及动张力特性进行分析。结果表明：在随机风作用下,不均匀覆冰对风速的相关性最强;相同风速下,覆冰厚度和覆冰形式对导线振动特性影响不大;均匀覆冰时,导线张力峰值在15 mm覆冰时达到最大,张力峰值为69 180.4 N;不均匀覆冰状态下,中央重覆冰对导线张力的影响强于两侧重覆冰。     

Study on conditions of internally carried air-launched launch vehicles based on the virtual prototype technology

A method based on the virtual prototype technology simulating the separation of a launch vehicle from its aircraft in the aircraft wake was proposed based on the internally carried air-launched launch vehicle program. In this method, the full-scale model of the aircraft, the vehicle and the parachute are constructed. Then, they are imported into the ADAMS software, constraint solutions and driving forces are then added for visual dynamic simulation. The unsteady aerodynamic forces of the vehicle in the aircraft wake are calculated by CFD and the moving grid technique. The forces generated by the parachute can be derived from the Kirchhoff motion equation. Through comparing and analyzing the simulation results under different launch conditions, it has been proven that this method simulates the separation of a launch vehicle from the aircraft in the aircraft wake accurately. It provides the foundation for the aggregate project of internally carried air-launch vehicles, and offers a new ref- erenced method for multi-body dynamic simulation.