基于Python--ABAQUS的中低速磁浮轨道梁模型修正

摘要

近年来，我国在中低速磁浮技术方面已经完成国内首条中低速磁浮运营线——湖南长沙南站至黄花机场磁浮线的建设和运营，但是因其独特的抱轨运行模式，磁浮轨道梁结构形式有别于轮轨交通桥梁和公路交通桥梁，其梁跨、截面形式等是在普通铁路、公路桥梁研究的基础上，满足特殊构造要求以及运营安全舒适性来确定的，对轨道结构各项指标要求较为严格，对轨道梁刚度更有高精度的要求。而通常轨道梁有限元模型是按照设计图纸所给的尺寸及材料参数等建立，且由于施工误差及环境等因素难以准确反映出轨道梁结构的实际工作状态。因此本文以长沙中低速磁浮交通工程(25+35+25)m双线连续轨道梁为背景，同时依托湖南省科技重大专项“中低速磁浮列车成套技术工程化与高可靠性运营示范”课题，利用轨道梁在环境激励条件下的动力测试结果，通过结合模拟退火算法并编写Python脚本对ABAQUS进行二次开发的修正方法，对影响轨道梁动力特性的主要设计参数进行了修正。本文的主要研究内容如下: (1)论述了中低速磁浮轨道梁的国内外发展概况，并阐述了有限元模型修正的研究现状及基于Python脚本语言的ABAQUS二次开发的理论基础。 (2)提出了基于移动测量法的双线连续轨道梁动力特性试验测试方案，并成功将其应用于(25+35+25)m双线连续轨道梁模态试验，结果表明轨道梁结构的竖向刚度要小于横向刚度，且竖向振动频率比横向振动频率递增幅度更大。 (3)研究了桥墩、支座支承刚度K值对轨道梁动力特性的影响，结果表明，桥墩显著增加了轨道梁的横向刚度，对横向自振频率影响明显，而梁同阶模态的自振频率及振型位移均与支座支承刚度K值成正比关系，但自振频率的变化随着阶数的提高变得不明显。 (4)建立了复杂轨道结构分别以质量和刚度不同形式考虑的轨道梁精细化模型，结果分析表明，承轨台和H型钢轨枕对轨道梁自振频率的影响相对较小，变化率在±2％以内;F轨对前三阶横向特征频率影响相对较小，而对前三阶竖向特征频率影响较大，其中只考虑F轨刚度时竖向频率增加最为明显，变化率达到17.77％，使得第1阶竖向振型延后一阶出现，说明在精细化建模过程中，不能只考虑刚度的影响，质量的影响也不容忽视。 (5)基于经验法与ABAQUS敏感度分析相结合的方法，选取了箱梁和桥墩的质量密度和弹性模量、F轨的弹性模量5个主要设计参数，以计算频率和实测频率的相对误差平方和作为目标函数，提出了编写Python脚本对ABAQUS进行二次开发并结合模拟退火优化算法的修正方法，成功地对(25+35+25)m轨道梁初始有限元模型进行了修正，其中设计参数变化值最大的为箱梁弹性模量，比初始参数值增加了15.2％。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1选题的背景与意义

1．2中低速磁浮轨道梁发展概况

1．3有限元模型修正的概述及研究现状

1．3．1有限元模型修正的概述

1．3．2有限元模型修正存在的问题

1．3．3模型修正的研究现状

1．3．4基于Python-ABAQUS的有限元模型修正方法

1．4本文选题的来源和研究内容

1．4．1课题来源

1．4．2本文主要研究内容

2．1引言

2．2基本原理与理论依据

2．2．1基本原理

2．2．2理论依据

2．3动力特性试验

2．3．1工程概况

2．3．2预实验分析

2．3．3测点布置及测试方向

2．3．4试验过程

2．4动力特性测试结果分析

2．5本章小结

3．1引言

3．2中低速磁浮轨道梁有限元精细化建模

3．2．1选用单元及边界条件简介

3．2．2初始有限元模型的建立

3．3动力特性结果对比分析

3．4桥墩对双线轨道梁动力特性的影响

3．5支座刚度对双线轨道梁动力特性的影响

3．6复杂轨道结构对双线轨道梁动力特性的影响

3．7本章小结

第四章基于Python-ABAQUS的有限元模型修正方法

4．1概述

4．2模型修正参数的选取

4．2．1 ABAQUS敏感性分析的原理与方法

4．2．2敏感性分析指标的选取

4．2．3敏感度结果分析

4．3 Python-ABAQUS的模拟退火算法设计

4．3．1优化算法原理

4．3．2模拟退火算法描述

4．3．3算法设计

4．4修正前后轨道梁结构动力特性结果对比分析

4．5本章小结

结论

展望

参考文献

致谢

附录