車-線-橋耦合系統(tǒng)及車-橋隨機振動.pdf

1、本文從系統(tǒng)動力學(xué)的角度，建立了車-線-橋動力分析理論，并編寫了計算程序。通過理論分析與試驗對比的方法，對車-線-橋理論進(jìn)行了驗證。圍繞軌道不平順隨機激勵下的車-橋隨機振動問題，提出了一種時變系統(tǒng)隨機振動的協(xié)方差分析法。最后，考慮橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機性，提出了一種考慮橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)隨機性的車-橋耦合振動的攝動求解方法。分別將車-橋隨機振動的協(xié)方差分析法和隨機攝動法與Monte-Carlo法對比，驗證了方法的準(zhǔn)確性。本文的主要研究內(nèi)容如下：

2、 (1)建立了車-線-橋動力分析模型，推導(dǎo)了各分體系動力方程。車輛為多剛體系統(tǒng)，采用D’Alembert原理建立其動力方程；軌道結(jié)構(gòu)采用考慮鋼軌、軌枕、道碴自由度的三層點支承模型；采用有限元法建立橋梁動力分析模型。 (2)研究車-線-橋動力分析中的輪軌接觸幾何、輪軌滾動接觸理論。引入新型輪軌關(guān)系假設(shè)，利用跡線法求解輪軌空間幾何，并考慮了左右輪軌不均勻壓縮以及輪軌脫離情況。采用Hertz理論分析輪軌法向力。推導(dǎo)了輪軌接觸蠕滑率

3、的計算公式。對幾種重要的蠕滑率/蠕滑力模型進(jìn)行了總結(jié)和比較。 (3)給出了車-線-橋系統(tǒng)動力分析的顯式-隱式混合積分法，并編制了車-線-橋耦合振動計算程序。車輛、軌道系統(tǒng)與橋梁系統(tǒng)的動力特征存在較大的差異，采用顯式一隱式混合積分方法求解車-線-橋系統(tǒng)動力方程，可在保證精度的前提下提高計算效率?；谲囕v、線路和橋梁各分體系的動力方程、輪軌關(guān)系和顯式隱式混合積分法，在Visual C++平臺上開發(fā)了車-線-橋耦合振動的分析程序。

4、 (4)通過空重混編列車作用下混凝土連續(xù)梁橋的車-線-橋動力響應(yīng)分析結(jié)果與現(xiàn)場實測結(jié)果的比較、秦沈客運專線連續(xù)梁橋的車-線-橋動力分析與現(xiàn)場試驗結(jié)果的比較，初步驗證了車-線-橋動力分析理論和計算程序的正確性。 (5)提出了車輛-橋梁隨機振動的協(xié)方差分析法。由白噪聲通過成型濾波器得到滿足特定譜函數(shù)的軌道不平順輸入；成型濾波器系數(shù)由寬頻帶參數(shù)識別得出；給出了濾波器參數(shù)的速度變換公式。引入時滯系統(tǒng)頻響函數(shù)的Pade逼近來反應(yīng)各車輪

5、下軌道不平順輸入間的時間滯后關(guān)系。推導(dǎo)了時變系統(tǒng)隨機振動的協(xié)方差遞推求解方法。將車輛．橋梁耦合隨機振動的協(xié)方差分析法與Monte Carlo模擬法比較驗證了協(xié)方差遞推法的精度。 (6)提出了列車-橋梁垂向隨機振動的協(xié)方差分析法。針對列車前后輪對下軌道不平順激勵滯后時間過長的問題，提出了反映列車輪對下激勵滯后的累次時滯濾波器。建立了列車．橋梁垂向隨機振動狀態(tài)方程模型。除系統(tǒng)位移方差響應(yīng)外，還給出了加速度方差響應(yīng)的遞推求解格式，并通