人_车_桥耦合系统振动分析及乘客舒适度评价_刘习军
桥梁共振和预防
列车-桥梁共振研究的现状与发展趋势及预防共振的措施 列车通过桥梁时将引起桥梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动，这种相互作用、相互影响的问题就是车辆与桥梁之间振动耦合的问题。人类自1825年建成第一条铁路以来，便开始了对列车与桥梁相互作用研究探索的漫长历史过程。1849年Willis提交了第一份关于桥梁振动研究的报告，探讨了Chester铁路桥梁塌毁的原因。在随后的近100年时间内，由于当时力学水平、计算技术、方法及手段的落后，研究中通常将车辆、桥梁简单地看作两个独立的模型，在这种模型里，机车车辆被简化成单个或多个集中力，或者将其各种动力因素简化为简谐力，而桥梁被处理成均布等截面梁，采用级数展开的方法进行近似的求解，这些方法基本上只能算是解析或半解析法。 20 世纪60、70年代以来，电子计算机的出现以及有限元技术的发展，使得车桥耦合振动研究有了飞速的发展，从车桥系统的力学模型、激励源的模拟到研究方法和计算手段等都有了质的飞跃，人们可以建立比较真实的车辆和桥梁计算模型，然后用数值模拟法计算车辆和桥梁系统的耦合振动响应，美国、日本、欧洲和国内诸多学者为车桥耦合振动理论的发展做出了重要贡献，在车辆模型、桥梁模型以及车桥系统耦合振动方面取得了不少成就。 本文就车桥耦合振动的研究思路、车辆分析模型、桥梁分析模型、轮轨接触关系、激励源、数值计算方法6个方面，较系统地阐述了列车~桥梁耦合振动研究的现状与进展，总结在上述6个方面已取得的一些研究成果和结论，同时，指出目前研究工作中存在的尚待进一步完善的问题，就如何进一步开展上述领域的研究作了初步探讨。 1 车桥耦合振动研究的现状 20 世纪60、70年代，西欧和日本开始修建高速铁路，对桥梁动力分析提出了更高的要求；同时，电子计算机的出现以及有限元技术的发展，使得车桥振动研究具备了强有力的分析手段，这极大地促进了车桥耦合振动研究的向前发展。 日本在修建本四联络线时，对车桥动力响应做了大量的理论研究、试验研究和现场测试工作。通过分析轮轨横向力、轮重减载率、脱轨系数和车体加速度来
基于MATLAB的汽车振动控制仿真
摘要 机械振动主要是谐波，阻尼，强制三种。对于三个振动模型，列出了振动方程，然后给出了三个振动的初始条件。在模拟过程中产生的一系列速度和汽车行驶时候产生的振动，势能和机械能的三个功能可以通过MATLAB函数模拟，以随时间改变图像。然后，我们可以经过一系列的计算的出我们需要的函数方程和一些弹簧模拟图像，在后面可以进行一系列的导数计算，在MATLAB软件中可以画出不同的位移，汽车造成的损坏的函数图像，再通过在MATLAB的绘制，可以简单明细的看出汽车振动的能量变化。最后再比较不同的图像，可以得出不同的结果，可以进行汽车改良。就可以探索出最佳的方法来研究汽仿真。 关键词：简谐振动阻尼振动评价系数仿真软件。
Abstract Mechanical vibration is mainly harmonic, damping, forced three. For the three vibration models, the vibration equations are listed, and then the initial conditions for the three vibrations are given. The three functions produced during the simulation process and the three functions of vibration, potential energy and mechanical energy generated when the vehicle travels can be simulated by MATLAB functions to change the image over time. Then we can go through a series of calculations out of the functional equations we need and some of the spring simulations of the image, which can be followed by a series of derivative calculations that can be plotted in the MATLAB software for different displacements, , And then through the drawing in MATLAB, you can simply see the details of the car vibration energy changes. Finally compare the different images, you can get different results, you can improve the car. You can explore the best way to study the steam simulation. Keywords:simple harmonic oscillationdamping oscillationappraisement coefficientsimulation software.
公路桥梁车桥耦合振动研究
公路桥梁车桥耦合振动研究 【摘要】近年来，我国路桥工程建设为交通行驶创造了优越的环境，推动了地区之间的经济文化交流，促进了国民经济收入水平的提高。与发达国家相比，国内路桥施工技术相对落后，对动力学理论研究不足误导了后期作业秩序，限制了路桥结构性能的充分发挥。“车桥耦合振动”现象是路桥交通的常见现象，若控制不当则会影响路桥的使用寿命及运行状态。针对这一点，本文分析了影响车桥耦合振动的相关因素，并通过计算机建立自动分析平台，为路桥交通的正常运行提供了帮助。 【关键词】路桥；耦合振动；成因；处理对策 耦合振动是动力学理论中研究的重点，对不同物体在不同状态下的受力情况进行了详细地分析。车桥耦合振动是由于车辆与路桥结构之间产生相互的力作用，两种受力荷载大小相同时易产生车桥耦合振动现象，约束了路桥结构性能的正常发挥，不利于交通行驶的安全运行。工程单位在维护路桥工程阶段，应加强车桥耦合振动的分析，结合具体原因制定有效的控制对策。 一、车桥耦合振动研究的现状 从本质上看，车桥耦合振动是一种相互性的力学作用，力学作用控制不当会限制路桥性能的发挥。车辆过桥时会引起桥梁的振动，桥梁的振动反过来也会影响车辆的振动，即形成车桥耦合振动问题。当前，我国公路交通运输的全面提速，为了有效的对既有桥梁运营状态进行评估，以及对新建、改建桥梁进行优化设计，均需对车辆过桥时的车桥耦合振动问题进行分析[1]。随着公路交通事业的迅速发展，车辆与桥梁结构的动力相互作用越来越受到重视。车辆和桥梁间力学作用形式多样，会呈现出不同的动力特点，如：车辆的动力特性，车型、阻尼、自振频率等；桥梁结构的动力特性，质量与刚度分布、桥跨结构形式、材料阻尼等；桥头引道和桥面的平整状态、伸缩缝装置及桥头沉陷的状况。而计算机仿真模拟是目前最方便、最快捷、最经济的计算分析方法。 二、计算机力学模型研究的优点 从长远角度考虑，选择一种通用性强、应用性广、开发前景广阔的研究模式，分析车桥耦合振动响应具有多方面的意义。由于车桥耦合振动属于力学理论研究的范畴，其在分析时必须要结合力学模型，以保证研究结果的准确性。计算机操作系统在数据处理方面具有明显的优势，通过计算机平台建立力学模型，帮助研究者更加深入地分析耦合振动情况。数据库是计算机中存储信息的主要区域，为了保证车桥振动时力学数据得到准确地计算，应利用数据挖掘功能进一步分析力学模型，以获得与耦合振动相关的力学参数。从实际操作情况看，数据挖掘的优越性表现：一是高效性，由于采用了计算机操作平台，调用数据库资源显得更加便捷，数据挖掘有助于数据操作效率的提升；二是时效性，与传统观数据处理模式相比，数据挖掘采用了自动化处理平台，短时间内可完成数据信息的检查审核工作[2]。数据挖掘具备了这些优势，为其在车桥耦合振动中的运用创造了有利
车辆耦合振动
车辆耦合振动课程报告 2016年3月 随着我国经济的飞速发展，大跨度桥梁越来越多，由于柔度很大，所以在风和上面的车辆作用下，会产生较大的变形和振动会对
上面的行人以及桥梁产生较大的危险。因而对风 - 车 - 桥耦合振动的研究也越来越重要。在此简要介绍国内和国外风 - 车 - 桥耦合振动发展的概况 1 国内风车桥耦合振动研究概况 我国学者以结构动力学为基础，分析了连续梁桥结构在汽车荷载作用下的动态性能，并运用计算机模拟、讨论了不同车速、车型情况下的桥梁动态响应变化，以此分析出影响结构动态性能的主要因素。为简化分析的过程，在他们的研究中将桥梁简化为线性系统，略去了桥面和横梁的约束，在计算中采用设计中常用的截面换算法，将钢筋换算成混凝土，同时将截面折算成等面积的矩形，且仅考虑梁的弯曲振动，而不计梁的转动惯量和剪切变形的效应[4]。2005 年，王解军等采用 2 轴车辆分析模型与梁单元，建立了适应于大跨桥梁车辆振动计算的车桥耦合单元模型，基于功率谱密度函数生成随机路面粗糙度，分析阻尼对行车荷载作用下桥梁振动性能的影响。 北方交通大学等研究了考虑车 - 桥 - 基础相互作用系统的结构动力可靠性问题桥梁结构在多种随机荷载作用下车桥系统动力可靠性问题、脉动风与列车荷载同时作用下桥梁的动力响应问题，分析了地震荷载对桥上列车运行平稳性的影响得到了许多有价值的结论。
2 国外风车桥耦合振动研究概况 20 世纪 60；70 年代西欧和日本开始修建高速铁路对桥梁动力分析提出了更高的要求同时电子计算机的出以及有限元技术的发展使得车桥振动研究具备了强有力的分析手段这极大地促进了车桥耦合振动研究的向前发展。美国伊利诺理工学院的 K.H.Chu 等人最早采用复杂的车辆模型来分析铁路车桥系统的振动响应问题即将机车车辆简化为由车体、前后转向架、各轮对等部件组成各部件看成刚体在空间具有 6 个自由度之间通过弹簧与阻尼联系起来[7]。以轨道横向与竖向不平顺为激励源将整个车桥系统划分成车辆与桥梁两个子系统分别建立车辆与桥梁的运动方程以轮轨相互作用将这两个运动方程联系起来 K.H.Chu 等人所建立的多刚体多自由度车辆分析模型得到了后来各国研究人员的广泛采纳对现代车桥振动研究理论产生了深远影响。在此前后欧洲的法国、意大利、丹麦等国研究者也进行了类似的甚至更深入的研究工作。 G.Diana 探讨了大跨度悬索桥的列车走行问题以及列车在已经发生变形的大跨度悬索桥上运行时的动力响应 M.Olsson采用有限元 - 模态技术求解车桥动力响应 Green 和 Cebon 提出了在频域内求解分离的车桥系统方程的新方法，他们利用模态脉冲响应函数与模态激扰力采用模态迭加法并结合 FFT 和 IFFT 技术来求解桥梁的动力响应。Yeong-Bin yang 采用动态凝聚法求解车桥系统的
桥梁结构的风—车—桥耦合振动分析的研究概况
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/3814393207.html, 桥梁结构的风—车—桥耦合振动分析的研究概况 作者：贾晓健 来源：《建筑工程技术与设计》2014年第15期 摘要：本文介绍了目前国内和国外风-车-桥耦合振动研究的概况以及工作中尚存的有待进一步完善的问题，并指出了风-车-桥耦合振动问题未来发展趋势。 关键词：桥梁；耦合振动 1 引言：随着我国经济的飞速发展，大跨度桥梁越来越多，由于柔度很大，所以在风和上面的车辆作用下，会产生较大的变形和振动会对上面的行人以及桥梁产生较大的危险。因而对风-车-桥耦合振动的研究也越来越重要。本文介绍了目前国内和国外风-车-桥耦合振动研究的概况以及工作中尚存的有待进一步完善的问题，并指出了风-车-桥耦合振动问题未来发展趋势。 2 国内和国外风-车-桥耦合振动研究的概况以及工作中存在的问题 2.1国内风车桥耦合振动研究概况 我国学者以结构动力学为基础，分析了连续梁桥结构在汽车荷载作用下的动态性能，并运用计算机模拟、讨论了不同车速、车型情况下的桥梁动态响应变化，以此分析出影响结构动态性能的主要因素2]-[3]。为简化分析的过程，在他们的研究中将桥梁简化为线性系统，略去了桥面和横梁的约束，在计算中采用设计中常用的截面换算法，将钢筋换算成混凝土，同时将截面折算成等面积的矩形，且仅考虑梁的弯曲振动，而不计梁的转动惯量和剪切变形的效应[4]。2005年，王解军等采用2轴车辆分析模型与梁单元，建立了适应于大跨桥梁车辆振动计算的车桥耦合单元模型，基于功率谱密度函数生成随机路面粗糙度，分析阻尼对行车荷载作用下桥梁振动性能的影响[5]。 北方交通大学夏禾教授、阎贵平教授等研究了考虑车-桥-基础相互作用系统的结构动力可靠性问题桥梁结构在多种随机荷载作用下车桥系统动力可靠性问题、脉动风与列车荷载同时作用下桥梁的动力响应问题，分析了地震荷载对桥上列车运行平稳性的影响得到了许多有价值的结论[6]。 2.2国外风车桥耦合振动研究概况 20世纪60；70年代西欧和日本开始修建高速铁路对桥梁动力分析提出了更高的要求同时电子计算机的出以及有限元技术的发展使得车桥振动研究具备了强有力的分析手段这极大地促
三种汽车振动模型的MATLAB分析比较
三种汽车振动模型的MATLAB 分析比较 赖永生 工程力学专业 学号：0743058043 一、 背景及意义 1. 没有振动的汽车是不存在的，不同汽车的振动大小也是不一样的。 2. 汽车的振动问题具有强烈的系统依赖性、时间依赖性以及耦合关联性。 3. 为了避免成本更高、耗时更长而效果有限的生产后的整改，在设计开发的早期就进行系统设计与控制，则能够达到良好的减振效果。 4. 实现“早期就进行系统设计与控制”也是一件不容易的工作。尤其在以前模拟和仿真系统欠缺与不完善的情况下更是如此，进行汽车振动分析“成本更高、耗时更长而效果有限”。 5. MATLAB 的出现完全改变了这种窘况，用MATLAB 进行汽车振动分析“成本更低、耗分析比较。时更短而效果显著”，而且更加方便快捷。 6. 但是不管进行什么分析，都要先建立模型，不同的模型，得到的结果有一定差异。所以有必要分别对每个模型分别进行分析，以确立最佳模型。本文就是对三种汽车振动模型的MATLAB 分析比较。 二、 具体内容 本文首先给出每一种具体的汽车振动模型，包括图示、振动方程、初始条件、边界条件和相关参数，充分了解并利用相应的MATLAB 的库函数，然后编制程序求解并画出振动波形图，最后对三种模型进行分析比较，得出结论。 三、 技术路线及技术难点和可行性分析 技术路线: (1) 单个自由度的振动模型 单自由度阻尼系统的振动方程如下： 0=++ky y c y m 化为 02 =++y y y n ωξω 其中 m k n = ω 是固有频率 m k c 2= ξ 是阻尼比 方程解为： )sin()(θωξω+=-t Ae t y d t n
车桥耦合振动分析软件
第1章系统概述 (1) 1.1系统特点 (1) 1.2软件功能 (1) 1.2.1车辆子系统 (2) 1.2.2激励模型 (2) 1.2.3桥梁/轨道子系统 (3) 1.2.4求解方法 (3) 1.2.5后处理 (3) 1.3计算流程 (4) 第2章软件安装与运行方式 (6) 2.1软件安装 (6) 2.2运行方式 (6) 第3章前处理所需文本文件定义 (8) 3.1输入文件概述 (8) 3.2桥梁/轨道子结构：Modal_Substructure_Bridge.dat (9) 3.2.1第一行控制参数 (9) 3.2.2第二行后的节点坐标参数 (10) 3.2.3轨道节点编号 (10) 3.2.4集中阻尼和非线性弹簧单元定义 (10) 3.2.5与仿真计算同步输出桥梁响应的节点个数 (11) 3.2.6桥梁/轨道结构模态信息 (11) 3.2.7后处理考察节点位移和应力/内力定义 (13) 3.3车辆子结构：Modal_Substructure_Vehicletypes.dat (13) 3.3.1第一行控制参数 (13) 3.3.2第二行控制参数 (14) 3.3.3第二行后的节点坐标参数 (14) 3.3.4车轮节点编号 (14) 3.3.5车轮静载、轮轨/路面耦合类型 (16) 3.3.6车轮刚度、阻尼和质量等参数定义 (16) 3.3.7集中阻尼和非线性弹簧单元定义 (16) 3.3.8与仿真计算同步输出车辆响应的节点个数 (17) 3.3.9车辆结构模态信息 (17) 3.3.10其他车辆的定义 (17) 3.4集中阻尼和非线性弹簧：NonlinearSpringParameters.dat (18)
浅谈ANSYS中车桥耦合振动的实现方法与应用
浅谈ANSYS中车桥耦合的实现方法与应用 作者：黄江广安区交通运输局 摘要：弹簧移动质量的振动问题可通过大型通用结构有限元软件ANSYS进行分析解决，解决方法有三种，分别为：位移耦合法、生死单元法和位移接触法。这三种方法各有优势与适用范围，本文对相关方法的具体情况作出简要介绍，并采用简单算例通过位移接触法进行应用介绍，阐述了车桥耦合振动仿真模拟的一般步骤，有利于读者了解这方面的内容。 关键词：位移耦合生死单元位移接触 1前言 车桥耦合振动问题是桥梁振动理论中的一项难题，随着大型通用有限元软件的开发，车桥振动模型在逐步得到精确化模拟，根据不同的车桥模型应有不同的模拟方法。以下结合大型通用结构有限元软件ANSYS将三种模拟方法及应用作简要介绍。 2方法介绍 位移耦合法 位移耦合法的思路是仅创建一个质量单元模拟移动质量，根据移动速度对移动质量施加不同的水平约束位移，将移动质量与所移动到位置处的节点竖向位移耦合。采用位移耦合法时赢注意以下几点： ①因移动质量与梁上节点耦合，因此移动质量只能从梁上一个节点移动到下一节点，而从一个节点移动到下一节点为一个荷载步。在一个荷载步中若设置多个子步，当KBC=0时会造成还没有移动到下一节点时就耦合自由度，也就是耦合位置不对；当KBC=1时，虽然在第一子步到达下一节点位置，即耦合位置正确，但中间收敛结果所产生的速度和加速度会对计算造成“污染”，因此无论KBC 如何设置，宜将NSUBST设置为1。 ②阻尼问题。ANSYS完全法瞬态动力分析不能设置模态阻尼比，但可用质量阻尼系数α和刚度阻尼系数β等效（Rayleigh阻尼假定），但正是因为Rayleigh 阻尼假定会造成ANSYS计算时产生“虚假”阻尼（α×质量矩阵），而理论推到中没有此项。因此考虑阻尼进行结果对比时可仅考虑刚度阻尼。 ③采用CP命令耦合自由度时，因自由度为线性耦合，不适合大变形情况。如打开大变形，ANSYS计算的梁体位移、速度和加速度正确，但移动质量位移和加速度虽然趋势基本一致，但数值均存在很大误差或数值不正确，且误差随速度增大而增大。 ④理论推导中没有考虑梁体自重引起的变形，在ANSYS中也不应考虑该变形，因梁体存在质量，如施加重力加速度则必然产生自重变形，因此可对移动质
列车-桥梁系统共振研究现状及预防措施
列车-桥梁系统共振研究现状及预防措施 一．列车-桥梁系统共振研究现状 列车通过桥梁时将引起桥梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动，这种相互作用、相互影响的问题就是车辆与桥梁之间振动耦合的问题。人类自1825年建成第一条铁路以来，便开始了对列车与桥梁相互作用研究探索的漫长历史过程。1849年Willis提交了第一份关于桥梁振动研究的报告，探讨了Chester铁路桥梁塌毁的原因。在随后的近100年时间内，由于当时力学水平、计算技术、方法及手段的落后，研究中通常将车辆、桥梁简单地看作两个独立的模型，在这种模型里，机车车辆被简化成单个或多个集中力，或者将其各种动力因素简化为简谐力，而桥梁被处理成均布等截面梁，采用级数展开的方法进行近似的求解，这些方法基本上只能算是解析法或半解析法。 20世纪60、70年代以来，电子计算机的出现以及有限元技术的发展，使得车桥耦合振动研究有了飞速的发展，从车桥系统的力学模型、激励源的模拟到研究方法和计算手段等都有了质的飞跃，人们可以建立比较真实的车辆和桥梁计算模型，然后用数值模拟法计算车辆和桥梁系统的耦合振动响应，美国、日本、欧洲和国内诸多学者为车桥耦合振动理论的发展做出了重要贡献，在车辆模型、桥梁模型以及车桥系统耦合振动方面取得了不少成就。 近年来，随着既有铁路提高行车速度和高速铁路发展的要求，车辆与结构的耦合振动问题变得越来越重要，目前世界各国都在更深入地开展这方面研究。对于车桥耦合振动问题的研究方法可以分为两类：原型实验和理论分析。原型实验是采用测量仪器对于实车或实验车通过桥梁时的动力反应进行记录，并对实测资料进行分析研究，基于实测值找出车桥耦合振动的规律性。有限元出现之前，试验测试是研究的主体，通过对车辆及桥梁状态进行大规模原位试验测试，总结出经验公式或理论，用于指导桥梁设计。理论分析是对车桥系统做一定简化假定，建立系统的相互作用的运动方程式或采用有限元方法求解出结构的动力反应，对该问题进行研究。有限元出现以后，试验与理论分析密切结合，可节省大量的试验工作量。 车一线一桥动力相互作用涉及到车辆(包括车体、转向架和轮轴)、线路和桥梁结构的自身状态等诸多问题，并受到许多随机因素的影响，这就使得该问题变得非常复杂。实测值在一定程度上可以反应车桥耦合系统的实际情况及规律性，但是因测量方法和测量手段的限制，对该问题的研究也在不断地深入。但是只靠试验，就只能随着桥梁结构类型、桥梁跨度、
公路桥梁与车辆耦合振动研究现状与发展趋势探究
公路桥梁与车辆耦合振动研究现状与发展趋势探究 发表时间：2018-06-05T15:37:22.220Z 来源：《基层建设》2018年第11期作者：温海珍[导读] 摘要：经济全球化的发展，虽然我国经济在与各国经济的竞争中取得了显著的成就，但暴露出的交通物流等方面的问题成为我国经济发展的短板。与交通物流息息相关的因素可归为两个方面：第一方面为运输工具，即各类车辆的总称。 身份证号码：45212419850701xxxx 广西南宁 535008 摘要：经济全球化的发展，虽然我国经济在与各国经济的竞争中取得了显著的成就，但暴露出的交通物流等方面的问题成为我国经济发展的短板。与交通物流息息相关的因素可归为两个方面：第一方面为运输工具，即各类车辆的总称。第二类为交通工具的载体，即本文讨论的主体“公路和桥梁”。现阶段，公路和桥梁建设的速度远远赶不上交通工具普及的速度。车辆与公路桥梁耦合振动造成的公路和桥梁的 损伤已成为制约物流发展的主要方面。因此，分析公路桥梁与车辆耦合振动研究现状与发展趋势具有重要意义。 关键词：公路桥梁；车辆耦合振动；现状；发展趋势汽车以一定的速度过桥时，由于车辆轴重及速度效应，会引起桥梁结构振动，而桥梁的振动又反过来影响车辆的运行。桥面不平整、桥头引道等因素的存在以及车辆各旋转部分的作用，更加剧了桥梁和车辆之间振动的相互影响[1]。这种相互作用、相互影响的问题就是公路车辆与桥梁之间振动耦合的问题。当公路车辆的振动频率与桥跨的振动频率一致时，即形成共振。本文主要对公路桥梁与车辆耦合振动研究现状与发展趋势进行探究。 1.公路桥梁与车辆耦合振动研究现状 由于实际中车桥耦合振动系统本身的复杂性，并且车型和桥型的种类繁多，以及引起振动的各种激振源的随机性，古典理论显然不能全面合理的模拟车桥耦合振动问题。直到20世纪60年代~70年代以后，电子计算机和有限元方法的问世和发展，使得车桥耦合振动的研究有了飞速的进步。人们可以建立比较真实的车辆和桥梁的空间计算模型，然后用数值模拟法计算车辆和桥梁系统的耦合振动效应。 现代车桥振动理论以考虑更接近真实的车辆分析模型和将桥梁理想化为多质量的有限元或有线条模型为主要特点，同时，着重研究道路路面的不平整对荷载效应的影响，对于车辆加速、制动减速效应等复杂的随机因素也进行了一些研究[2]。除简支梁桥之外，连续梁桥、悬索桥、斜拉桥等也逐步涉及。到目前为止，人们对简支梁桥的车桥共振问题的理论和实验研究己经比较系统化，对其它某些桥型，像连续梁桥、索承桥、污工拱桥，也有一定程度的研究成果。 1970年，Veletsos和Huang等早期研究者将桥梁理想化为具有集中质量和粘性阻尼的有限自由度梁，考虑了二维平面多轴拖车荷载作用。Chatterjee和Datta把桥梁理想化为正交各向异性板和集中质量分布模拟的梁，分析简支梁桥上车辆刹车和其初始弹力的影响。 1987年，毛清华在其博士论文中，对公路汽车荷载作用下的山东胜利大桥(跨度280m)的动力效应进行了理论分析和试验研究。其将斜拉桥理想化为弹性支持连续梁模型，考虑一辆STEYR-1491型多轴载重汽车匀速过桥时在跨中受到高70mm的半正弦波(模拟路面不平顺的影响)，计算出斜拉桥跨中截面弯矩反应时程曲线，得到弯矩的动态增量为0.29，与实测值接近。 1992年，Wang T L和Huang D Z研究了一座主跨为128m的公路斜拉桥的车桥耦合作用。桥梁模拟为平面杆件系统，考虑桥梁恒载的几何非线性影响；汽车模拟为7个自由度的3轴车辆分析模型，并考虑车辆悬挂系统的非线性；路面采用随机数值方法根据公路路面粗糙度功率谱密度函数模拟出好、一般、差三种公路路面，运用振型叠加法求解车桥系统的振动响应以及冲击系数。研究表明，在非常好的路面情况下，斜拉桥各位置的冲击系数在车辆25km/h―120km/h范围内均小于20，但是冲击系数随着路面粗糙度的增加而增大。此外，斜拉桥在墩底及靠近桥塔的主梁截面产生较大的冲击系数，而在靠近主跨跨中的主梁截面中引起的冲击系数较小。 2000年，我国学者林梅、肖盛燮以结构动力学为基础，分析了连续梁桥结构在汽车荷载作用下的动态性能，并运用计算机模拟、讨论了不同车速、车型情况下的桥梁动态响应变化，以此分析出影响结构动态性能的主要因素[3]。为简化分析的过程，在他们的研究中将桥梁简化为线性系统，略去了桥面和横梁的约束，在计算中采用设计中常用的截面换算法，将钢筋换算成混凝土，同时将截面折算成等面积的矩形，且仅考虑梁的弯曲振动，而不计梁的转动惯量和剪切变形的效应。 2005年，王解军等采用2轴车辆分析模型与梁单元，建立了适应于大跨桥梁车辆振动计算的车桥耦合单元模型，基于功率谱密度函数生成随机路面粗糙度，分析阻尼对行车荷载作用下桥梁振动性能的影响。 2.车桥耦合振动研究的发展趋势 2.1车辆分析模型的进一步完善 近年来各国学者在建立合理的车桥相互作用的模型方面进行了大量的研究。但是，大多仅限于二维平面内的分析，而对于车辆动载产生的空间效应却很少涉及，主要是因为考虑空间效应的车桥相互作用问题更加复杂。虽然在二维平面内的简化模型对于支配振型为纵向弯曲的桥梁是准确的，但实际中有不少桥梁还呈现扭转与横向弯曲振型，如按照二维模型分析，则弯曲基频不能给出准确的动荷载增量。车辆的竖向振动模型、横向振动模型和空间振动模型都值得进一步研究。 2.2车桥随机振动研究和动力可靠度问题 国内以前对桥梁的设计计算多采用确定性分析方法，即认为桥梁所受的力均是确定性的，因此，桥梁在荷载作用下的响应也是确定性的。然而实际中，作用于桥梁上的各种力及桥梁自身的各种响应包含了许多不确定性因素——随机因素，如桥梁上通行的汽车的车型、重量、速度、车距和桥面的不平整、作用于桥上的风载、水对桥墩的冲击力、地震动等以及桥梁材料的不均匀性、施工过程中的误差、车辆加速和制动减速效应等等。因此，有必要对车桥系统随机振动进行分析。 2.3冲击系数的进一步研究 在我国现行的桥梁设计规范中，都是以冲击系数来描述移动车辆-桥梁系统相互作用的强迫振动和车辆对桥梁的动力冲击效应。采用冲击系数描述车辆荷载对桥梁的动力作用出于两方面的便利： 1）关系简单，便于设计中应用；2）很少发生由于车辆荷载作用而直接导致的破坏。但是，使用冲击系数也有明显的缺点：1）我国现行的桥梁设计规范将汽车荷载分为四个等级，冲击系数却采用相同的计算公式，显然这是和实际不相符合的；2）实际中，冲击系数与跨径关系的离散性很大，因而将冲击系数表示为跨径或加载长度的函数是不尽合理的；3）对于桥梁各个不同的部位，车辆荷载作用下的冲击效应也不一致，特别是大跨桥梁的某些部位，如斜拉桥的拉索、拱桥的吊杆等，因车辆振动荷载引起的冲击效应远远大于整体结构的冲击效应。因此，进一步深入研究车桥振动的冲击系数，使其更加合理，为工程实际提供更可靠的参考，具有重要的理论意义和实用价值。
列车桥梁振动研究现状
一、耦合振动研究的现状 20 世纪60、70 年代，西欧和日本开始修建高速铁路，对桥梁动力分析提出了更高的要求；同时，电子计算机的出现以及有限元技术的发展，使得车桥振动研究具备了强有力的分析手段，这极大地促进了车桥耦合振动研究的向前发展。 日本在修建本四联络线时，对车桥动力响应做了大量的理论研究、试验研究和现场测试工作。通过分析轮轨横向力、轮重减载率、脱轨系数和车体加速度来研究列车走行性，通过确定桥梁挠度和轨道折角的允许限值来保证列车行车的舒适性与安全性要求，并对桥梁的竖向、横向刚度做出了相应的规定。日本的研究工作以松浦章夫为代表，松浦章夫在研究确定中小跨度桥梁的竖向挠度限值时，采用的车辆模型为半个车辆（半个车体、一个转向架及两个轮对）的半车模型，只考虑车体的浮沉、一个转向架的浮沉与点头自由度，不考虑列车过桥时桥梁本身的振动，假定桥梁在静活载下产生的竖向挠度为正弦半波，于是，列车通过桥梁时的车桥振动研究便看作列车沿一个或多个连续布置的半波正弦曲线运行时的振动分析。松浦章夫由此确定出中小跨度桥梁的竖向挠度限值。1984 年，阿部英彦[8]根据松浦章夫的研究方法，对多跨简支梁的竖向挠跨比限值进行修订与补充。 另外，松浦章夫早在1976 年就利用二系悬挂多刚体多自由度车辆模型研究了高速铁路桥梁的动力问题，分析了列车轴距、列车质量、列车连挂数目等因素对桥梁冲击系数的影响，并给出了桥梁发生共振时的列车速度计算公式，即 式中，v br 为桥梁共振速度，f b 为桥梁振动频率，2l s 为车辆全长。 前苏联H.T.鲍达尔在文献[10]详细介绍了他们关于桥跨结构与机车车辆的相互作用分析的理论研究方法和试验测试情况。H.T.鲍达尔在研究确定中小跨度桥梁竖向挠度限值时采用的方法与日本松浦章夫的类似，只不过松浦章夫采用半车模型，H.T.鲍达尔采用整车模型。而H.T.鲍达尔还给出了车辆发生共振时列车速度的计算式，即 式中，v vr 为车辆共振速度，f v 为车辆浮沉或点头运动自由振动频率，lb 为桥跨长度。 美国伊利诺理工学院的K.H.Chu等人最早采用复杂的车辆模型来分析铁路车桥系统的振动响应问题，即：将机车车辆简化为由车体、前后转向架、各轮对等部件组成，各部件看
车桥耦合振动分析的数值方法
第18卷 第3期 重 庆 交 通 学 院 学 报1999年9月Vol.18 No.3 JOURNAL OF CHONG QINGJ IAOTONG INSTITUTE Sep.1999 文章编号:10012716(1999)0320014207 车桥耦合振动分析的数值方法Ξ 单德山,李 乔 (西南交通大学土木工程学院桥梁及结构工程系,四川成都610031) 摘要:车桥耦合振动问题是铁路和公路桥梁中十分重要的研究课题,而目前所采用的数值算法所需的时间比较长,为了减少计算机时,本文在对高速铁路曲线梁车2桥耦合振动研究中,建立了一种基于激励非线性振动的数值计算方法,并完成了计算程序BSNDS的编制,取得了较好的计算结果.并将其与其他模型进行比较,在保证精度的前提下,较大地节省了计算时间. 关 键 词:结构工程;耦合振动;数值方法 中图分类号:U443234 文献标识码:A 对于车桥耦合振动分析这一类复杂问题,常用的算法有两种:时间序列的逐步积分法和频响函数法.时间序列的逐步积分法是将车辆和桥梁看作一个大的振动系统,建立该系统的运动微分方程并用直接积分法求解,得到各自由度上的位移、速度和加速度的时程[1];频响函数法是基于随机振动的一种方法,该方法首先计算出车桥耦合系统的频响函数,用激励力的功率谱作为输入,求得系统在频域的响应[2].本文所介绍的方法是基于激励非线性振动的一种逐步积分法,在计算中应用了求解非线性振动的Newmark预测2校正法[9],即在每一时段里预测桥梁的位移、速度、加速度和车桥系统的耦合力,此时车桥系统的位移条件是协调的,以此作为迭代的开始进行计算,从而减少了迭代次数,进而减少了计算机时. 车桥耦合振动分析的困难在于寻找一种能处理车桥运动耦合的方法.在接触点处采用常规的运动方程的形式来描述车2桥系统的耦合振动 W+KW=f cp(1) W+C M¨ 式中,桥的特性由M(质量阵)、C(阻尼阵)、K(刚度阵)和W(位移)来描述.位移函数W是在t时刻接触点的位移; W、¨ W分别表示其速度和加速度;点号(?)表示对时间求导;式(1)中f cp表示车桥间的耦合力,它可以看成是由桥上移动的车辆所施加的力.f cp是车辆运动的函数,它还与桥梁的振动和路线的不平顺有关,这种相互关联的运动称为车2桥系统的运动耦合.当t时刻有两个或更多的车辆在桥上时,耦合力f cp还与桥上其它车辆有关.车与车之间的耦合通过桥 Ξ收稿日期:1998211220 基金项目:铁道部科技开发研究项目97G07 作者简介:单德山(1969-),男,四川大竹县人,西南交通大学讲师(博士),从事的研究是结构的空间行为.
车辆与桥梁耦合系统振动理论浅析
车辆与桥梁耦合系统振动理论浅析 [摘要]随着桥梁结构的轻型化以及车辆载重、车速的提高，车辆加速度的存在，车辆过桥引起的车桥振动问题越来越引起工程界的关注。 【关键词】耦合振动；简支梁；模型；冲击系数 1.车桥振动的的特点 车辆通过桥梁时将引起桥梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动，这种相互作用、相互影响的问题就是车辆和桥梁之间振动耦合的问题。车桥之间的振动是一种司耦合振动，它具有时变、自激、随机的特点。 2.车桥耦合动力问题的历史与现状 车桥振动的研究已有100多年的历史，最先开展研究的是铁路桥梁的车振问题，随着铁道工程建设的发展，移动荷载对桥梁结构的动力作用问题引起人们普遍地关注。铁路桥梁车激振动的主要特征是列车荷载的轴重大，轴距排列规律性较强，钢轮在钢轨上运行具有蛇行特征，因此，车辆过桥除了激起桥梁竖向振动外，还有较大的横向振动，因此铁路桥梁除了研究竖向振动外，还需研究桥梁横向振动，其主要研究的内容为桥梁的动态响应和车辆过桥的动态响应，如桥梁的冲击系数、横向振幅、以及桥梁的竖横向加速度、桥梁的合理竖向、横向的刚度限值和车辆过桥的加速度以及平稳性等；公路桥梁的车激振动的特征主要表现为过桥车辆的轴重、轴距的多样性和随机性，公路桥梁主要关心的是桥梁的竖向振动，研究的内容主要为桥梁的动态响应如冲击系数等，由于轮胎与路面的作用与钢轮与钢轨作用不同，公路桥梁的车激横向振动不太剧烈，因此，车激桥梁的横向振动基本上不予考虑。尽管铁路与公路桥梁的车激振动的研究范围有些差别，但是，车桥振动研究的主要原理和基本方法是相同的，都具有时变、自激，随机性的特点。 回顾100多年来车桥振动研究的历程，可以大致的分为两个阶段，即车桥振动研究古典理论阶段和车桥振动研究现代理论阶段。 3.车桥振动的古典理论 3.1古典理论的实桥试验研究 1907年1910年期间，美国第一次进行了规模比较大的现场实测工作，用各种类型的机车以不同速度通过21根板梁和24座析梁桥，测定桥梁的最大动力响应，第一次提出了冲击系数的关系，通过试验得出了跨度、车速和冲击作用间的关系，制订了冲击系数曲线，并得出了明确的概念：对于蒸汽机车来说，移动荷载的动力作用主要是由动轮偏心块的周期力所引起的。
车桥耦合振动方法评述
车桥耦合振动方法评述 车辆通过桥梁时将引起桥梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动，这种相互作用，相互影响的问题就是车辆与桥梁之间的车桥耦合振动问题，利用车辆荷载作为激励，研究车桥耦合从而获得桥梁振动响应，逐渐被应用到工程领域中。 标签：车桥耦合；桥梁评估 近年来，随着中国交通运输系统的不断完善，交通高速化、重载化以及结构轻型化趋势日益增强，车辆与结构（道路、桥隧结构等）相互之间的动力耦合问题变得尤为突出。对车辆与结构耦合系统进行科学系统地综合分析研究，对于承受移动荷载作用的交通土建工程结构物的设计、建造、运营养护与检测均具有十分重要的意义。 1、车桥耦合振动研究经典理论及研究 1.1国外方面 1）匀速移动常量力理论：1905年，俄国学者Krylov A N[1]首次研究了在匀速恒定力作用下简支梁的振动问题，由于当时的局限性，他的理论中车桥系统无耦合，相对较为简单。 2）匀速移动简谐力理论：1922年，Timoshenko S[2]研究了一个简谐力匀速通过简支梁的情况，能够反应出车辆荷载的一些基本特点。 3）匀速滚动质量理论：1937年，Schauenkamp[3]开辟思路，考虑到质量惯性力的移动荷载影响，来分析简支梁的动力响应问题，并得出了理论解。 4）匀速移动质量一弹簧模型：1954年，Biggs[4]提出了将车辆分解为一个由质量和弹簧组成的系统，极大地推动了车桥耦合振动研究的进展。 1.2国内方面 1941年，李国豪[5]教授首次研究了悬索桥在铁路列车荷载作用下的强迫振动问题和拱桥的车辆振动问题，此后，国内随即展开了对车桥耦合振动的研究。80年代初，铁道部科学研究院程庆国院士、潘家英研究员[6]指导其博士生们对车桥耦合振动进行了研究。1983年，张健峰[7]探讨了大跨度斜拉桥的横向刚度问题。80年代中期，西南交通大学沈锐利[8]详细研究了刚桁梁桥的车桥空间耦合问题；北方交通大学夏禾、阎贵平[9]等研究了考虑车-桥-墩-基础系统的相互作用、车桥系统动力可靠性等问题，得到了许多有价值的结论。 1996年，谭国辉[10]将车桥看作一个整体，采用格栅比拟的方法，将一维的
公路桥梁在移动汽车荷载作用下耦合振动简述
四川建筑 第27卷4期 2007108 公路桥梁在移动汽车荷载作用下耦合振动简述 张 洁,李小珍,卢绪庆,张黎明 (西南交通大学土木工程学院,四川成都610031) 【摘 要】 近年来,随着交通事业和桥梁结构的发展,桥梁的动力响应越来越多的制约着桥梁的安全和 使用,因此关于公路桥梁在移动汽车荷载作用下的研究受到桥梁工程师的广泛关注。文中就车辆模型、桥梁模型归纳了这一方向的主要研究成果。 【关键词】 车桥耦合振动; 有限元方法; 车辆模型 【中图分类号】 U441+13 【文献标识码】 A 汽车以一定的速度过桥时,由于受桥面的不平整、车辆 自身各旋转部分的作用、桥头引道与桥面凹凸等因素的影响,会引起车身的振动,并通过轮胎的传递从而引起桥跨结构的随机振动。 随着交通事业的发展,一方面桥梁结构向着大跨、轻型和细长化发展;另一方面通过桥梁的汽车车辆的轴重增重、交通量增大、车辆速度提高。以上两方面的变化,使得如何准确确定移动车辆荷载下公路桥梁的动力响应,日益受到工程师们的重视。 本文就车辆模型、桥梁模型归纳了这一方向的主要研究成果,以进一步探讨公路桥梁在汽车荷载下车桥耦合振动的现象和机理。 1 车辆和桥梁模型 随着电子计算机和有限元方法的问世,现代车桥振动理论以考虑更接近真实的车辆模型和将桥梁理想化为多质量的有限元和有线条模型为主要特点。111 车辆模型 从桥梁和车辆相互作用的动力分析来看,可将汽车视为由刚性底盘(车身)、车轮和轮胎、以及各种线形和非线性支悬装置所组成。 现代车辆模型主要可以分为整车模型(包括车身上下跳动、俯仰、侧倾和四个车轮垂向运动7个自由度)、半车模型和四分之一模型 。 图1 3轴带拖挂汽车模型 在文献[1] 中作者基于车辆的特性是影响桥梁动力响应 图2 2轴带单车模型 的主要因素这一点,建立了两种具有代表性的车辆模型(如图1,图2),并应用D ’A la mbert 原理推导得到车辆的运动方程。图1中,机车和拖车各有竖向跳动、侧倾和俯仰3个自由度,3个轮轴每个轮轴有竖向跳动和侧倾两个自由度,整个车辆有 12个自由度。图2中,机车有竖向跳动、侧倾和俯仰3个自由度,两个轮轴各有竖向跳动和侧倾两个自由度,整个车辆有7个自由度。在文献[1]中作者计算、分析、比较了试验和计算结果,证明了将这两种模型用于模拟真实的车辆是可以满足精度要求的。 谭国辉在文献[2]中建立了具有竖向位移,纵向摇摆和横向摇摆三自由度的空间车辆模型来进行车辆模拟。 此外,3轴单体汽车模型、5轴带拖挂汽车模型和6轴带拖车模型(图3)也是被经常采用并且很有代表性的模型 。 图3 6轴带拖挂汽车模型 以上提到的车辆模型都能够反映车辆一定的动力性能。相比较而言,整车模型能更全面地模拟实际车辆的动力特性, [收稿日期]2006-11-02 [作者简介]张洁(1981～),女,陕西延安人,硕士研究 生。 5 11 ?工程结构?
汽车二自由度振动模型计算
建立系统的动力学方程 建立系统的动力学方程的方法：1、牛顿力学：牛顿第二定律；2、分析力学：拉格朗日方程。 以x 、θ为两个变量建立二自由度系统动力学方程；3、影响系数法-张量算法 1、 根据牛顿第二定律， 2、 拉格朗日方程， ()n ,.....2,1Q i ==??-??i q L q L dt d i i -------------拉格朗日第二类方程 V T L -=，称为拉氏函数，泛函； 势能函数：()n q q q V V ,.......,21=； 动能函数：()n q q q ,.......,T T 21=； 广义坐标()n i i ,.....2,1q =对应的非保守力：()n i ,.....2,1Q i = ()n i q L q L dt d i i ,.....2,10==??-?? -------------保守系统的拉氏方程 -------------------利用上诉拉氏方程求解-------------------------------------
q q 21T T M = ；q q 2 1V T K = )J (mx 21T 2 2 θ += ])l (x k )l -(x [k 2 1V 2 22211θθ++= 将L=T-V 代入拉氏方程可解的： 可见：与牛顿第二定律求得的结果一致。 M q +K q =Q;对保守系统Q=0； ()n i q k q m n j j i j ij ,.....2,1Q )(i 1 j ==+∑= M =( J 0m ) K=( 2 2 22 111 122112221l k l k l k l k l k l k k k +--+) q =(θx ) M q +K q =Q 和()n i q k q m n j j i j ij ,.....2,1Q )(i 1j ==+∑= 有明确的物理意义：弹性恢复力-Kq 、惯性力-M q 与保守力Q 平衡。如张量理论，j i j i k m 、可认为是张量的坐标，j i k 表示：使系统仅产生沿j q 坐标的单位位移时，沿i q 坐标必须施加的外力i Q ，或者说Q 的i 分量在q 的j 分量上的影响量的投影。 3、影响系数法-张量算法 ！！！！！！！下面由张量分量投影计算理论直接求解-----------！！！！！！！！ 设 m11 m12 * x” + k11 k12 * x m21 m22 θ” + k21 k22 θ k11:仅当x 动1单位时，x 向的作用力为k1*1+k2*1=k1+k2;