车桥耦合振动模型方程的建立及动力响应分析

摘要

列车通过桥梁时将引起桥梁结构的振动，而桥梁结构的振动反过来又会影响车辆的振动，它们之间的这种相互作用、相互影响称为车桥耦合振动。车桥耦合振动具有时变性、自激性和随机性的特点，影响因素又具有多样性和复杂性，因此对它的研究应该对物理模型作适当的假定与抽象，抓住主要因素，忽略次要因素，这样才能更准确的分析和解决问题。 本文在研究当中将车桥耦合系统分为车辆模型、桥梁模型以及轮轨关系三部分。对车辆模型建立了四轴车辆的5个特定自由度类型空间振动方程，建立的自由度类型有42、35、31、27、23个；桥梁模型则用动力有限单元法进行离散化建立了它的空间运动方程；轮轨关系则采用了轮轨弹性接触理论。然后以轮轨关系为连接纽带，将三者连接成为车桥耦合系统方程组，并对系统方程组按车辆和桥梁自由度先后顺序进行分析整理，分离出各物理参数的静态矩阵与动态矩阵。最后用Fortran语言编制了计算程序，利用逐步积分法对桥梁动力响应进行了数值计算。首先以轨道高低不平顺作为系统的输入激励研究了列车以55m/s速度行驶时桥梁跨中的时域和频域响应特性；然后考虑六种不同影响因素(不同行驶速度、不同桥梁刚度、不同跨距、不同车辆数、不同跨数以及不同轨道不平顺粗糙度值)单独作用下对桥梁跨中动力响应的影响，并探讨了各种影响因素与桥梁响应的关系，最后得出了一些有实际意义的结论。 理论与实践是紧密的联系在一起的，理论服务于实践，希望这些结论在桥梁的设计、控制、动力性能评估以及加固问题等方面有重要的指导意义和借鉴使用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2车桥耦合问题研究历史和现状

1.3车桥耦合振动影响因素与特点

1.4车桥耦合研究内容

1.5车桥耦合问题的研究和分析方法

1.6本文的主要内容

第二章车辆动力学模型与方程的建立

2.1引言

2.2拉格朗日方程的基本原理

2.3四轴车辆动力模型

2.4车辆方程的建立

2.5本章小结

第三章桥梁模型与动力学方程的建立

3.1引言

3.2局部坐标下桥梁单元运动方程

3.3整体坐标下桥梁结构运动方程

3.4本章小结

第四章车桥系统耦合模型方程的建立

4.1引言

4.2车桥系统动力学模型

4.3车桥系统轮轨力

4.4轮轨力作用后的车辆方程

4.5轮轨力作用后的桥梁方程

4.6.桥系统总方程的建立

4.7本章小结

第五章求解相关理论介绍

5.1引言

5.2轨道不平顺简介

5.3轨道不平顺的模拟

5.4Newmark-β积分法

5.5程序部分介绍

5.6本章小结

第六章桥梁动力响应分析

6.1引言

6.2 55m/s行驶时桥梁跨中响应

6.3各种因素对桥梁响应的影响

6.4本章小结

第七章全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢