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铁路桥梁结构车致振动响应计算方法技术

技术编号:10123101 阅读:152 留言:0更新日期:2014-06-12 13:06
本发明专利技术公开了一种铁路桥梁结构车致振动响应计算方法,属于工程设计计算技术领域。它基于虚拟激励法,将场域内的随机问题转化为时域上的确定性求解模式。同时考虑车辆—桥梁耦合系统的时变性和轨道不平顺作为系统自激励的不确定性,获得的桥梁结构的车致响应为值域区间。本发明专利技术值域区间在设计时能够兼顾桥梁结构的多种受力状态,从而确保计算结果的准确性,提高结构的安全性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种,属于工程设计计算
。它基于虚拟激励法,将场域内的随机问题转化为时域上的确定性求解模式。同时考虑车辆—桥梁耦合系统的时变性和轨道不平顺作为系统自激励的不确定性,获得的桥梁结构的车致响应为值域区间。本专利技术值域区间在设计时能够兼顾桥梁结构的多种受力状态,从而确保计算结果的准确性,提高结构的安全性。【专利说明】
本专利技术涉及铁路桥梁结构设计,尤其是桥梁振动响应的计算,属于工程设计计算

技术介绍
目前,桥梁结构车致响应的计算是进行桥梁结构设计的重要工作。轨道/路面不平顺是系统的自激激励源,本质上是关于里程的随机过程,但是目前的桥梁结构动力分析以及动力检测得到的结果均是忽略了不平顺的随机性,因此得到的分析结果以及检测结果仅仅是某一次或者是若干次的样本值,无法综合全面地反映桥梁结构由于车辆振动引起的振动特性。车辆通过桥梁时,将运行车辆与桥梁结构作为一个大系统,该系统随时间不断变化,然而时变系统运动方程的求解难度大。桥梁结构车致响应的变异性问题多采用蒙特卡罗法,即对某一明确的桥梁结构在同一计算工况下进行若干次动力仿真模拟或是动力测试,根据模拟得到的样本值或是测试得到的测试结果进一步计算系统的统计特性。然而,不同的桥梁结构需要计算多少次的样本值才能得到稳定的统计特性是不确定的,需要进行大量的试算才能确定,所以,采用蒙特卡罗法虽然可行,但是计算效率低的缺陷是无法忽视的。常规的桥梁结构动力分析以及动力检测得到的结果均是忽略了不平顺的随机性,因此得到的分析结果以及检测结果仅仅是某一次或者是若干次的样本值,无法综合全面地反映桥梁结构由于车辆振动引起的振动特性。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提供一种车致振动响应计算方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:桥梁结构车致振动响应计算方法,该方法包括以下步骤:A.分别建立桥梁结构和车辆系统的有限元模型;B.求解桥梁结构车致响应的平均值:【权利要求】1.一种,其特征在于,该方法包括以下步骤: A.分别建立桥梁结构和车辆系统的有限元模型; B.求解桥梁结构车致响应的平均值: 【文档编号】G06F17/50GK103853896SQ201410121109【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日 【专利技术者】李小珍, 朱艳, 雷虎军, 李闻秋, 祁锦冀, 肖林 申请人:李小珍, 朱艳, 雷虎军本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种铁路桥梁结构车致振动响应计算方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:A.分别建立桥梁结构和车辆系统的有限元模型;B.求解桥梁结构车致响应的平均值:u‾(t)=∫0tH(t-τ)E[F1(τ)]dτ---(1)]]>F1(τ)为车辆重力等确定性荷载C.由波长和频率的关系确定频率点范围:L=v3.6f---(2)]]>式中L为轨道不平顺波长(m),v为车辆行驶速度(km/h),f为频率(Hz);D.对频率域进行离散,确定频率点数n和频率增量Δω;E.对每一个频率点进行数值积分计算,即确定积分步长Δt,在每个积分时间步下进行数值计算,将t时刻的最终值作为时刻t+Δt的初始假定值:E1:建立车辆系统有限元运动方程:mtu··t+Ctu·t+Ktut=Ft---(3)]]>式(3)中Mt、Ct、Kt、Ft分别为列车车辆的质量、阻尼、刚度矩阵和列车轮对作用在桥面接触点处的荷载向量,üt、ut分别为列车车辆的加速度、速度和位移向量;E2:假设轨道不平顺为零均值的平稳随机过程,第i个轮对所在位置处的轨道不平顺自功率谱密度为Sii(ω),构造虚拟激励Σi=24QeiωtSii(ω)]]>式中Q=e-iωτ1e-iωτ2e-iωτ3e-iωτ4T,]]>τi=xwi/v,其中xwi为第i个轮对的局部位置,v为列车的行驶速度(km/h);E3:根据几何相容条件,构造车辆运动方程的右端虚拟荷载项,求解车辆的位移速度和加速度u~··v(ωi,t+Δt),]]>i=1,2,...n]]>E4:建立桥梁结构有限元运动方程:Mqu··q+Cqu·q+Kquq=Fq---(4)]]>式(4)中Mq、Cq、Kq、Fq分别为桥梁结构的质量、阻尼、刚度矩阵和列车轮对作用在桥面接触点处的荷载向量,üq、uq分别为桥梁结构的加速度、速度和位移向量,Fq为列车轮对作用在桥面接触点处的荷载向量;Fq=(Fq1 Fq2 …Fqi…Fqn)T   (5)n为桥上列车轮对的总数;E5:计算由于车辆振动作用在桥梁上的虚拟激励荷载,形成桥梁运动结构有限元方程右端项Fq;E6:求解桥梁系统运动方程,得到桥梁的位移速度和加速度u~··v(ωi,t+Δt),i=1,2,...n;]]>E7:求解响应的功率谱Suu(ωi,t)Suu(ωi,t)=u~(ωi,t)u~T(ωi,t)---(6)]]>F.求解桥梁结构车致响应的标准差σuσu2=Σi=1nSuu(ωi,t)Δω---(7)]]>式中Δω为频率增量;G.得到桥梁结构车致响应满足ub∈[u(t)‑2σu,u(t)‑2σu]。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:李小珍朱艳雷虎军李闻秋祁锦冀肖林
申请(专利权)人:李小珍朱艳雷虎军
类型:发明
国别省市:四川;51

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