超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动分析

针对超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动的问题,提出一种基于轨道梁有限单元模型和磁浮力比例-积分-微分(PID)控制器模型的分析方法。为提高计算效率,整体耦合系统以磁浮力为界,分为车辆和轨道梁2个子系统,车-梁之间的振动耦合则通过PID控制器计算的磁浮力来完成。组成耦合系统的子系统分别采用振型分解法和四阶龙格库塔法计算其振动响应。为验证方法的有效性以及了解超高速磁浮车桥耦合振动特性,使用Mathematica编程进行超高速磁悬浮车-轨道梁的耦合振动分析,得到运行速度为600km/h的车辆和轨道梁的动力响应。研究成果可为超高速磁浮轨道结构设计和关键技术研究提供参考。     

基于相似原理的磁浮车桥耦合振动研究

为研究磁浮车辆-悬浮控制-桥梁系统垂向耦合振动,基于相似原理建立磁浮车辆-悬浮控制-弹性桥梁垂向耦合动力学模型。结合磁浮车辆及桥梁参数,确定系统各参数的相似比例系数,最终通过系统仿真比较分析原型桥梁与比例桥梁的振动频率及车辆运行时桥梁的动态响应。研究结果表明：基于相似原理的原型桥梁与比例桥梁对车辆运行激扰的动态响应基本一致,两者的一阶振动频率工程意义上基本保持一致。由于比例桥梁的抗弯刚度相对于原型桥梁较小,故其跨中加速度较大约为原型桥梁的5倍。比例桥梁振动加速度最大值出现在车辆进出桥梁阶段。     

基于车桥耦合的磁浮轨道梁中速适应性研究

研究目的:为探讨25 m跨长沙既有磁浮简支梁桥与梁上承轨简支梁桥两种轨道梁结构的中速适应性,基于有限元原理建立两种磁浮轨道梁的有限元动力分析模型,对其自振特性进行分析;基于多体动力学理论,建立了具有120个自由度的中低速磁浮车辆动力学模型;考虑PID悬浮主动控制下的悬浮控制力,建立了完善的磁浮列车-轨道梁-控制器耦合模型。依据该耦合模型进一步开展了车辆提速后两种不同轨道梁形式下的车桥耦合振动响应研究。研究结论:(1)梁上承轨简支梁桥相对于长沙既有磁浮简支梁桥具有更优的动力学性能;(2) F轨垂向位移、桥梁跨中垂向位移及加速度值相对减小幅度分别约为57. 25%、61. 26%及70. 59%;(3)车体垂向加速度与电磁悬浮力减小幅度最高分别可达25. 53%及10. 93%;(4)本研究结果可供中速磁浮桥梁结构设计参考。     

中低速磁浮列车-大跨度连续梁耦合振动研究

研究目的:本文针对目前世界上最大跨度中低速磁浮桥梁,建立中低速磁浮车辆-控制器-桥梁系统耦合动力学模型,考虑轨道不平顺的影响,研究3节编组中低速磁浮列车以不同速度、不同车辆载荷(空载、定员和超员状态)通过桥梁时车辆和桥梁的竖向动力响应,评价主跨110 m中低速磁浮连续梁车桥系统的动力性能。研究结论:(1)车体的最大垂向加速度为0.447 m/s~2,Sperling舒适度指标最大值为1.664,垂向乘坐舒适度达到"优";(2)悬浮间隙最大波动值为2.26 mm,除车速100 km/h外,其余工况波动值均在2 mm以内,悬浮系统具有足够的悬浮稳定性;(3)梁体跨中最大竖向加速度为0.065 m/s~2,远远小于限值0.5g;(4)本研究成果可为大跨度中低速磁浮桥梁的设计和应用提供参考。     

长沙至衡阳低真空管道磁浮线路方案动力性能评估

低温超高真空管磁悬浮是当前世界各国争相发展的超高速交通方式之一。目前,该研究正处于起步阶段,有必要对其动力性能进行评估。以长沙至衡阳低真空管道磁悬浮试验线为例,建立低温超导电动悬浮制式的车辆-线路耦合模型,分析磁浮车辆通过该段线路时的动力性能。首先,计算得到以1 000 km/h速度运行时的车体垂向和横向加速度、悬浮力及导向力情况。在此基础上,绘制各动力性能指标的频数直方图,分析其在不同区间的分布情况,研究各动力性能指标随曲线半径的变化规律。研究结果表明,磁浮车辆通过长沙至衡阳线路时,计算得到的车体垂向和横向加速度均低于舒适性限值,动力性能满足要求;从车辆动力性能角度来看,缓和曲线长度设置为1 400 m合理;曲线半径20 000 m、车速1 000 km/h与横坡为16°相匹配,各项动力性能指标较优。研究结果可为超高速磁悬浮线路设计提供参考建议。     

磁浮车辆—道岔振动特征分析

磁浮车辆系统耦合振动直接影响车辆运行舒适性和安全性。针对磁浮车辆通过轨道道岔所产生的振动问题,以试验手段研究车辆与道岔耦合振动传递关系。运用锤击法测量轨道道岔模态参数,结合磁浮车辆动态在线振动频率特征分析得出,在初始条件下,车辆驶入轨道道岔,激发道岔的固有频率,导致车辆与道岔发生耦合共振。改善道岔刚度后,其共振现象消失,车辆可平稳通过轨道道岔。     

悬挂式单轨车桥耦合动力分析

为研究悬挂式单轨运营过程中桥梁和车辆的动力响应变化规律,以某悬挂式单轨双线7跨30m简支梁方案为工程背景,运用通用有限元软件ANSYS建立桥梁有限元模型,分析桥梁的动力特性;然后在多体动力学软件SIMPACK中建立车桥耦合动力学模型,研究双线列车以运营速度对开通过桥梁时桥梁和车辆的动力响应,并分析轮胎刚度和列车编组对桥梁和列车动力性能的影响。分析结果表明:双线列车以65km/h的速度对开通过桥梁时,桥梁跨中的整体横向位移响应最大值为19.03mm,表明桥墩横向刚度较小;轮胎刚度对车桥系统的加速度响应有显著影响;3辆车编组过桥时,桥梁的竖向和横向响应值明显比1辆车编组大,因此,在车桥耦合动力仿真分析时,必须考虑列车编组对车桥系统动力响应的影响。     

基于分离迭代和耦合时变的列车—轨道—桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

为提高列车—轨道—桥梁耦合系统动力分析的计算效率,基于耦合时变法及分离迭代法,提出了1种混合算法。该算法将列车—轨道—桥梁耦合系统分解为车辆—轨道子系统和桥梁子系统。其中,车辆—轨道子系统在每一时间步需根据车辆位置对系统刚度系数矩阵进行更新,具有时变的特性;桥梁子系统的系统动力系数矩阵在整个动力分析过程中保持不变;车辆—轨道子系统与桥梁子系统通过钢轨与桥梁间作用力的平衡迭代实现耦合。利用朔黄重载铁路32m简支梁桥现场试验数据与由混合算法计算得到的分析结果进行对比,验证了混合算法的可行性。采用耦合时变法和混合算法分别计算列车通过蒙华重载铁路黄河龙门大桥的动力响应,结果表明:采用相同的时间积分步长时,2种方法拥有相同的计算精度,但混合算法比耦合时变法具有更高的计算效率,求解耗时降低了75%。     

轨道梁参数对磁浮车-高架桥垂向耦合动力响应的影响研究

建立磁浮车—高架桥垂向耦合模型,运用车—桥垂向耦合程序,分别探讨桥梁刚度和高架桥线路的不平顺对磁浮车—高架桥垂向动力响应的影响,分析结果表明:在相同的轨道梁抗弯刚度下,随着磁浮列车运行速度的增加,桥梁的振动响应增大,但轨道梁刚度大的桥梁振动响应比刚度小的桥梁振动响应增加幅度小一些;在相同车速下,随着轨道梁抗弯刚度的降低,桥梁振动响应增大;车辆重向振动响应在轨道抗弯刚度达3 8612×1010N·m2之前,随轨道梁抗弯刚度的增大而减小,在轨道梁抗弯刚度达3 8612×1010N·m2之后,无明显影响;线路状态对车辆的动力响应有明显影响,较差的线路状态将使高架桥挠度增大,使车体垂向振动加速度明显增大。     

不同轮轨型面匹配对车桥耦合系统振动的影响

为研究不同轮轨型面匹配在车桥耦合系统的动力响应,结合32 m铁路简支箱梁,在Ansys中建立桥梁模型,在Simpack中建立车辆模型,考虑LM和LMA两种车轮踏面计算车桥耦合系统的动力响应,并用桥梁的位移、加速度和车辆的平稳性等指标进行评价。研究结果表明:在相同的速度下使用LM踏面比使用LMA踏面的车桥耦合系统的动力响应要大,尤其是在车辆横向动力方面,如车辆横向加速度、轮轴横向力、车体横向平稳性等;随着速度的增大使用LMA踏面比使用LM踏面减小车桥耦合动力响应的效果更好,有利于提升车辆的舒适性和桥梁的安全性。     

磁浮车辆／高架桥垂向耦合动力学研究

磁浮铁路为了实现高速客运，大量采用了封闭式高架线路，在德国msland磁浮试验线上，采用了混凝土简支梁和钢结构两跨连续梁作为高架线路的主要形式，本文以这两种结构形式为例建立了磁浮铁路车辆/高架桥垂向耦合模型。分别对不同材料和结构形式支承梁通讯不同车速时车桥耦合动力响应进行了住址计算，得到两种支承梁结构下系统动力响应特征及车速对耦合系统动力影响规律，为磁浮高架线路设计和进一步的系统优化提供了理论依据。文末以我国青城山磁浮线现有的一组基本数据。对其车轿耦合动力响应进行了仿真计算。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型。基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值研究。结果表明:磁浮列车的竖向动力响应随车速的增大而显著增大,时速从40 km增大到140 km时,列车竖向动力响应增幅达到120%以上;车体竖向加速度和Sperling指标不是桥梁结构刚度限值的控制因素;磁浮列车的悬浮间隙对梁体刚度变化较为敏感,随着梁体刚度逐步增大,悬浮间隙的波动变小,梁体挠跨比减小约25%,悬浮间隙波动减小幅度达35%,悬浮间隙可作为中低速磁浮大跨桥梁结构刚度限值的控制指标;梁体挠跨比1/3015可作为磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值。     

基于板单元形函数的简支T梁桥车桥振动分析

为研究多片式简支T梁桥的车桥耦合振动问题,提出一种基于矩形薄板形函数的公路桥梁车桥耦合振动分析方法。根据分析方法的计算流程,编制汽车-桥梁耦合系统的动力分析程序,并通过算例分析验证其可靠性。在此基础上,针对目前公路简支梁桥上日益严重的超载超速现象,分析不同车速下重载汽车在车队中的位置、数量及间距对简支T梁桥冲击系数的影响规律。研究结果表明:使用基于矩形薄板形函数的公路桥梁车桥耦合振动分析方法得到的车桥动力响应具有较好的精度;重载汽车在车队的位置对桥梁冲击系数影响不大,但其对邻近车辆影响明显;桥上重载汽车数量保持为2辆,其间距在10 m以上,且车速控制在80 km/h以内,对桥梁相对有利。     

车-桥竖向随机振动响应的概率分析

视车辆、桥梁为一个系统,利用弹性系统的动力学总势能不变值原理和形成矩阵的"对号入座"法则建立了该系统的竖向运动方程。以德国高速谱为激励,得到系统的随机动力响应。将车辆每种运行速度下的车-桥动力响应最大值视为随机变量的1个样本值,通过统计分析,获得车-桥动力响应的概率特征,并探讨车辆速度对车-桥动力响应的影响规律。研究结果表明:车-桥动力响应的最大值随机变量均服从正态分布;随着车辆速度的增加,轮对与桥梁作用力最大值和车体加速度最大值的均值均增加,而桥梁中点的位移、加速度最大值的均值并不与之成正比。     

中低速磁浮列车系统振动响应的非线性度分析

基于磁浮列车车辆—轨道—桥梁耦合动力学、电磁学、控制学和现代信号分析理论,采用数学建模与数值计算方法研究磁浮控制系统不同参数状态下车辆振动响应的非线性特征(非线性度).首先建立中低速磁浮列车—轨道—桥梁的耦合动力学模型和PID悬浮控制模型;然后编制数值计算程序,计算车辆系统在不同控制参数下的动力学响应及其非线性度指标;...     

考虑基础沉降的车-桥耦合振动分析

桥梁基础沉降是高速铁路桥梁在运营过程中的主要问题之一,过大的沉降直接影响车辆运行安全性和舒适性。为研究不同桥梁基础沉降形式和沉降量对车-桥耦合振动性能的影响,建立10跨高速铁路32 m典型简支梁桥有限元模型,开展无沉降、单墩沉降、相邻双墩沉降和相邻三墩沉降4种工况的车辆动力响应对比分析。另外,研究10～50 mm内5种沉降量对车辆动力响应的影响。结果表明:对于单墩沉降工况,当沉降量大于20 mm时,随着沉降量的增大车辆竖向加速度明显增大,当沉降量为50 mm时,车辆竖向加速度较无沉降工况增大了1. 2倍;对于相邻双墩沉降工况,车辆动力响应总体上比单墩沉降工况小;相邻三墩沉降对车辆竖向加速度影响显著,当相邻三墩沉降量分别为10,20,30 mm时,车辆竖向加速度比单墩沉降工况更大。研究结果可为确定基础沉降控制限值及线路抬高量提供参考。     

城市轨道交通应急钢梁在列车作用下的动力响应

建立了87型应急钢梁与轨道交通列车的车桥耦合分析模型,它由车辆模型和有限元桥梁模型两部分组成。对具有2个转向架的4轴拖车和4轴动车分别建立了27、17个自由度的车辆动力分析模型。以轨道不平顺作为车桥耦合系统的自激激励源,运用模态综合技术,建立了车-桥系统耦合振动的运动方程组,通过编程进行计算分析。以三种不同跨度87型下承式钢桁梁为例,模拟运行中列车驶入、驶出桥梁的整个过程,计算分析了钢桁梁的自振频率、振型特点,以及钢桁梁在列车通过时的动力响应规律,得出重要结论,从而为进一步研究87型应急钢桁梁的动力特性提供可行的研究方法。     

高速磁浮与高速轮轨系统主要技术参数对比分析

高速磁浮是利用电磁力将车辆悬浮于导轨上，利用直线电机驱动列车前进的铁路系统，其悬浮导向系统、轨道梁系统、牵引运控系统等与高速轮轨有着显著区别。通过线路工程、轨道工程、桥梁工程、隧道工程及牵引供电工程、运行控制工程、无线通信工程等方面，对比分析了高速磁浮与高速轮轨主要技术参数，以期为高速磁浮工程设计与技术研究方向提供参考。研究结果表明：高速磁浮对轨道结构精度、平顺性，桥梁频率、变形以及隧道内车辆气密性提出了更高的要求，设计时要求桥梁一阶竖向自振频率不小于1.1倍列车通过频率；此外，高速磁浮采用地面控制、固定闭塞方式，1个分区只能有1列车运行，其信号控制、无线通信与牵引供电三子系统间耦合更为紧密，对车地无线通信数据传输性能提出了更高的要求，牵引定位数据时延要求不大于5ms。     

制动工况下高墩铁路桥梁纵向动力响应研究

研究目的:为研究高速列车制动对高墩桥梁纵向动力响应的影响,本文利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-桥梁耦合系统纵向动力模型,分别采用有限元方法建立轨道-桥梁三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和桥梁耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以石夹沟高墩简支梁桥为例进行车-桥纵向耦合振动分析。研究结论:(1)高速列车在高墩桥梁上快速制动时,对高墩桥梁纵向振动影响较小,主梁纵向位移最大值为0.17 mm,纵向加速度最大值为58 mm/s2;(2)列车制动过程中,主梁纵向位移具有累积性,最大值一般出现在列车制动停车之前,而纵向振动加速度与之相反,最大值一般出现在列车停车瞬间;(3)按照现行《铁路桥涵设计规范》制动力静力计算方法得到的最大墩底弯矩为3 960.7 kN·m,本文算法得到的最大值为1 152.0 kN·m,仅为规范静力算法的31.5%,表明规范对制动力的取值具有较大的安全储备;(4)本研究成果可为高墩铁路桥梁的设计提供参考。     

基于UM软件的高速铁路车桥系统振动响应参数分析

为研究车桥系统运行的影响规律,建立了车-桥耦合系统的振动分析模型,用UM软件进行了计算分析。对高速铁路列车过桥的动力响应进行了研究。对比了桥梁刚度、桥梁阻尼、列车速度、列车数量对车桥系统的影响规律。结果表明:随着列车运行速度增加,车辆和桥梁的动力响应也相应增大,但不是线性增大;桥梁的横向振幅随桥梁横向刚度的增大而减小;桥梁阻尼和列车数量对车桥系统影响较小。