车桥耦合系统非平稳随机振动分析

摘要

随着现代高速铁路的发展，铁路桥梁的建造数量显著增加，如在建的京沪线，为保证线路的平顺性和稳定性，需要建造连续几公里甚至更长的高架桥。桥梁在整个线路中所占比重越来越大，也使得地震发生时列车在桥上的机率大为增加。为了保证高速列车运营的可靠性，车桥耦合系统在随机地震作用下的动力分析成为一个亟待解决的工程实际问题。引起车桥耦合系统竖向随机振动主要因素是轨道的随机不平顺性，而且作用的地震载荷也具有明显的随机性，应用概率与统计的方法研究此类问题是较为科学合理的。本文应用随机振动的虚拟激励法以及时域分析的精细积分法进行了车桥耦合时变系统受非平稳随机地震作用问题的研究。所进行的主要工作有：将虚拟激励法推广应用于受多维非平稳随机激励的车桥耦合时变系统，提出了一种随机地震作用下三维车桥耦合系统非平稳随机振动分析精确高效的算法。根据时变系统的多维虚拟激励法，将非平稳随机振动分析转化为确定性的时间历程分析，并采用能更为真实模拟车辆连续移动的精细积分格式进行迭代求解。最终实施的地震作用下三维车桥耦合系统的非平稳随机振动分析，具有较高的计算效率和精度。数值仿真针对某型号高速列车进行了多种不同参数及环境荷载工况下车桥耦合系统动力行为随机振动分析，获得一些有意义的结论，如地震是引起车桥耦合系统随机振动的主要控制荷载，不同场地的地震作用类型对车桥系统响应具有一定影响；地震激励引起的车桥系统随机响应对车速不敏感，而由轨道不平顺激励引起的随机响应受车速影响较大：调整非均匀调制函数中的调制因子能很快地衰减振动中的高频成分，对于系统中受高频影响显著的响应，考虑非均匀调制的影响是重要的。本论文的研究结果对铁路桥梁的设计、施工和维护具有一定实际意义，对于车桥耦合系统非平稳随机振动的相关理论研究也具有很好的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1 绪论

1.1 课题工程背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 课题研究目的和意义

1.4 课题来源及主要研究内容

2 车桥耦合系统振动问题力学模型及求解方法

2.1 引言

2.2 车辆与桥梁相互作用的力学模型

2.2.1 移动荷载作用模型

2.2.2 移动集中质量作用模型

2.2.3 移动均布质量作用模型

2.2.4 移动车轮加簧上质量作用模型

2.3 车桥耦合系统振动问题求解方法

2.4 本章小结

3 非平稳随机响应的虚拟激励法与精细积分法

3.1 引言

3.2 均匀调制单点激励非平稳随机响应的虚拟激励法

3.3 均匀调制多点激励非平稳随机响应的虚拟激励法

3.3.1 完全相干情况

3.3.2 部分相干情况

3.4 精细积分法

3.4.1 精细积分法的一般理论

3.4.2 非线性精细直接积分法

3.5 本章小结

4 车桥耦合系统非平稳随机振动分析

4.1 引言

4.2 三维车桥耦合系统随机激励模型

4.3 地震作用下车桥耦合系统分析模型

4.4 时变系统的多维虚拟激励法

4.4.1 车桥系统受非均匀调制单点多维地震激励的虚拟激励法

4.4.2 车桥系统受多点完全相干多维轨道不平顺激励的虚拟激励法

4.5 车桥系统精细积分格式

4.6 算法正确性检验

4.6.1 算例

4.6.2 正确性验证

4.7 本章小结

5 车桥耦合系统非平稳随机振动分析数值仿真

5.1 引言

5.2 数值仿真工况

5.2.1 地震参数的影响

5.2.2 列车速度的影响

5.2.3 非均匀调制非平稳地震作用

5.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢