列车动力响应的平稳性和各态历经性分析

研究列车动力响应的平稳性和各态历经性对寻求列车动力响应随机过程的统计规律具有重要意义。基于多体动力学理论,采用多体动力学分析软件Simpack建立国内某高速列车动车车辆的多体动力学模型。采用三角级数法模拟得到的轨道不平顺作为随机输入激励计算得到列车以不同速度行驶不同距离的动力响应时程样本序列。进一步运用平稳性检验方法中的逆序数检验法和单位根检验法对列车动力响应随机过程的平稳性进行检验。运用Monte-Carlo方法并结合随机过程的相关理论,计算1 500个在随机轨道不平顺激励下列车以200 km/h速度行驶1 km工况的动力响应时程样本序列的集合均值和集合相关函数,时间均值和时间相关函数,对列车动力响应的平稳性和各态历经性进行了证明。研究结果表明,列车以200 km/h的速度行驶1 km工况的动力响应可近似为具有各态历经性的平稳随机过程,即可采用一个时程响应样本来反映列车动力响应总体的统计规律。随着列车动力响应样本个数的增加,列车动力响应的平稳性和各态历经性都将更加稳定。     

超高速磁浮车辆-简支梁桥的耦合动力响应

以真空管道交通为代表的新型交通系统以磁悬浮为主要形式,其运行速度可超过1 000 km/h。本文以磁浮列车超高速通过简支梁桥为研究对象,建立磁浮车辆-桥梁耦合系统动力分析模型,采用数值分析方法计算超高速磁浮车辆通过简支梁桥时耦合系统的动力响应,并分析桥梁跨数、结构阻尼的影响。研究结果表明:随着车速提高,系统动力响应整体增加并表现出越来越明显的时间滞后现象;超高速运行条件下车辆舒适性与安全性满足要求,而桥梁竖向振动加速度过大导致其成为行车安全的控制性指标。     

基于行为识别的智能车纵向决策研究

针对智能车纵向决策问题，提出基于环境车辆偏离车道程度识别运动模式的方法；构建动态环境车辆横纵向轨迹预测模型，并求解；构建保持、先行、避让在内的决策集，提出基于预测轨迹的单个车辆决策方法，并基于所有动态环境车辆的决策结果在加速、减速和匀速3 种结果中做出综合决策. 实车实验表明：在直行、换道和转弯运动模式下轨迹预测平均误差分别为0.11，0.29，0.80 m，预测精度较高；复杂动态环境下，本文提供的纵向决策信息提升了智能车行驶的安全性和舒适性.     

桥梁基础刚度有限元模拟的正交三梁模型

地基和基础的柔性对上部结构的变形或总体线刚度有一定影响,在车桥耦合振动等结构静、动力分析中合理模拟基础刚度是必要的。针对当前常用基础刚度模拟方法的局限性,提出一种基础刚度有限元模拟的正交三梁模型,其原理是采用具有1个公共节点的3个正交的梁单元,通过联合求解确定3个梁单元各自的刚度特性,从而使3个正交单元公共节点处的刚度和承台中心的基础刚度等效。通过实例验证,该正交三梁模型可准确模拟基础刚度矩阵的各主元素和交叉项,简单实用,便于结构有限元建模,具有推广价值。     

桥塔遮风效应对风-车-桥耦合振动的影响

为考察横向风作用下桥塔附近风场突变对行车安全性和舒适性的影响,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对大跨度悬索桥桥塔区域桥面风场进行了仿真分析.通过组合节段模型风洞试验,测试了车辆沿不同位置的轨道运行时车辆、桥梁的气动力系数.基于不同位置轨道处的风场分布和测试的气动力系数,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS,对车辆沿不同位置轨道通过桥塔区域时的动力响应进行了对比分析.研究结果表明,桥塔附近桥面风场变化剧烈,存在局部加速效应;桥塔处风场突变效应对车辆横向响应的影响明显.     

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景,通过车桥组合节段模型风洞试验,测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数,采用自主研发桥梁分析软件BANSYS,分析了不同风速、车速、车载状态下的风一车一桥系统,研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明：当风速为25m·S-1,车速达到100km·h。时,车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值,且当车速达到120km·h-1时,车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值;风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素;车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大;由于迎风侧车的遮风效应,在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。     

山区Y形河口附近桥址区地形风特性数值模拟研究

为研究在山区Y形河口影响下桥址区的桥梁风载特性,以山区峡谷大跨度悬索桥桥址区真实地形为工程背景,应用CFD(computational fluid dynamics)的方法,建立了桥址区复杂地形区域风场数值模型.通过36个工况的分组对比分析,探讨了山区Y形河口对主梁的平均风速、风攻角、风剖面以及风速放大系数在不同来流方向下的影响规律,并分析了河口处河道的导流与山体的绕流作用.研究结果表明:不同于普通深切峡谷地形风特性,在Y形河口影响下,桥址区附近的平均风速最大增幅达24 m/s,平均风攻角主要表现为负攻角,出现了最高达1.13的风速放大系数,且河道的导流及山体的绕流作用会导致主梁风速分布不均匀.      

基于GARCH的短时风速预测方法

为提高高速列车运行的安全性,基于线性递归的差分自回归移动平均模型(auto-regressive integrated moving average, ARIMA)和非线性递归的广义自回归条件异方差模型(generalized auto-regressive conditionally heteroscedastic, GARCH),提出一种组合模型ARIMA-GARCH进行高速铁路强风风速的短时预测.首先对数据的非平稳性进行预处理,以降低数据非平稳性对所提模型的影响;其次建立线性递归的ARIMA模型对数据进行分析和预测;最后,引入非线性递归的GARCH模型对数据进行分析和预测.基于现场测量的样本仿真分析表明:相比原始数据,ARIMA-GARCH模型的预测精度较高且随着预测步长的增加,平均绝对误差仅从0.836 m/s增加到1.272 m/s;ARIMA-GARCH模型考虑了异方差这一非线性特性,其预测精度明显好于线性的ARIMA模型,其中超前6步预测的平均绝对误差精度提高11.54%.      

铁路风屏障防风效果代理模型优化

为确定铁路风屏障的最优参数,基于代理模型方法对风屏障防风效果进行了优化.首先,改进了网格搜索法以优化支持向量机回归模型的参数,并通过算例进行了验证.其次,以设置风屏障时的车辆气动特性为目标函数,建立了风屏障防风效果的优化模型.最后,利用风屏障的风洞试验结果,采用支持向量机回归建立了目标函数的代理模型,对风屏障的高度和透风率进行了优化.研究结果表明:改进的网格搜索法提高了支持向量机模型参数选择的准确性,当风屏障高度为1.91~2.90 m时,最优的风屏障透风率为0.00~0.17;当风屏障高度超过2.50 m后,增加风屏障的高度对防风效果的提高较为有限.      

悬索桥主缆架设过程驰振性能时域分析

为了分析悬索桥主缆在架设过程中可能发生的驰振失稳,导出了直接基于体轴系的驰振气动力表达式,避免了现有驰振分析方法采用风轴系下的气动系数需要进行的坐标转换,得到了更为简洁的驰振判据表达式.建立了悬索桥主缆的简化有限元模型,分析了结构动力特性;通过CFD(计算流体动力学)分析,得到了施工过程中不同断面形状主缆的气动力系数曲线.最后,分别基于单自由度驰振模型和实桥三维驰振模型,采用时域法模拟了主缆的风致驰振现象.研究表明,单自由度驰振模型分析的驰振发振风速与理论结果较吻合,三维驰振模型能更真实地反映主缆的驰振性能.