【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轨道设计，具体涉及基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法及系统。
技术介绍
1、城市轨道交通作为现代城市中重要的交通方式，能够提供高效、便捷的出行服务，对城市的经济和社会发展具有重要作用。然而，随着轨道交通系统规模的不断扩大和运营频次的增加，车致振动问题越来越严重，对周围的建筑物和居民的生活产生了潜在的影响和威胁。浮置板轨道作为一种常用的减振轨道结构，可以有效隔离车辆-轨道系统的高频振动，在实际应用中也取得了令人满意的减振效果。然而一些理论研究和试验发现，浮置板会对其固有频率附近(10hz)的低频振动产生不讨喜的放大，这些低频振动将传递到隧道、土体以及周围建筑物中，在损耗较小的情况下。
2、一个常用的提升fst减振能力的手段是增加浮置板的质量或者减小其支撑刚度，然而这么做会增大浮置板的动态位移，对地铁的运行安全产生不良影响。为了解决这个问题，一个新的思路是在浮置板轨道结构的基础上进行结构性的改进，在浮置板上粘贴动力吸振器，同时非线性的准零刚度浮置板轨道来控制结构的低频振动，可以有效减小浮置板的加速度和支持力，因此可以将非线性的准零刚度浮置板上增加动力吸振器。
技术实现思路
1、为克服上述存在之不足，提出了基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法及系统，其可以实现快速准确的适配最优的动力吸振器的质量比、刚度比和阻尼比，以及负刚度机构的水平弹簧刚度比，抑制浮置板在其固有频率处的振动放大，也可以减轻浮置板2hz以内的超低频振动。
2、为实现
3、其步骤包括：
4、1)输入车辆-轨道系统参数，建立车辆-qzs-fst系统；
5、2)设置负刚度机构的水平弹簧初始刚度比，代入车辆-qzs-fst系统，计算无动力吸振器条件下车辆-轨道系统动力响应，从而判断其是否符合限值要求，若不符合则对负刚度机构的水平弹簧初始刚度比进行优化直至符合限值要求，得到负刚度机构的水平弹簧刚度比；
6、3)根据现场条件的限制以及实际要求确定吸振器质量，从而得到吸振器质量比；
7、4)在车辆-轨道动力学仿真系统中引入动力吸振器优化模块得到车辆-qzsdva-fst系统，
8、5)在车辆-qzsdva-fst系统中输入负刚度机构的水平弹簧刚度比、吸振器质量比、吸振器初始的刚度比和吸振器初始阻尼比，基于定点理论和最大值最小原则寻求附加动力吸振器的最优刚度比和阻尼比；
9、6)判断浮置板加速度的两个共振峰幅值的差值是否小于预设值，不满足则对动力吸振器的刚度比和阻尼比进行优化，直至浮置板加速度两个共振峰幅值的差值小于预设值；
10、7)得到附加动力吸振器的最优刚度比和阻尼比。
11、根据本专利技术所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其进一步的优选技术方案是：车辆-qzsdva-fst系统的运动方程有以下表达：
12、
13、其中，mv，cv，kv分别是车辆系统的质量、刚度和阻尼矩阵；av，vv，xv分别是车辆系统的加速度、速度和位移向量；fv表示车辆系统受到的外力向量；mt，ct，kt分别是轨道系统的质量、刚度和阻尼矩阵；at，vt，xt分别是轨道系统的加速度、速度和位移向量；fqzs表示轨道系统受到准零刚度机构提供的非线性外力；ft表示轨道系统受到的其他形式的外力。
14、根据本专利技术所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其进一步的优选技术方案是：浮置板的垂向位移不应超过3mm，设置负刚度机构水平弹簧无量纲预压量应确保浮置板位移满足3mm限值要求。
15、根据本专利技术所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其进一步的优选技术方案是：在步骤3)中，基于动力吸振器的质量越大，对主系统的振动吸收性能越强的特性，在条件允许情况下，动力吸振器质量数值选择大数值。
16、1、根据本专利技术所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其进一步的优选技术方案是：步骤5)中通过数值方法来求解吸振器的最优参数，在确定的质量比的前提下，该优化问题的数学模型为：
17、min{max[a(η,ζ2)]} (12)
18、其中，a为主系统加速度幅值，η为动力吸振器和主系统的刚度比，ζ2为动力吸振器的阻尼比。
19、根据本专利技术所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其进一步的优选技术方案是：步骤6)中，共振峰幅值差距范围预设值为两个共振峰值平均值的5％。
20、基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计系统，其包括：
21、车辆-轨道系统参数输入模块：用于基本参数设置，输入数据包括车辆系统参数、轨道系统参数、轮轨系统激励参数以及减振系统参数，减振系统参数包括负刚度系统参数模块以及动力吸振器参数模块，用于生成车辆-qzs-fst系统以及车辆-qzsdva-fst系统；
22、减振器参数优化模块：选取合适的数值积分方法，并设置合理的积分步长以满足数值求解效率和精度要求，利用在车辆-qzsdva-fst系统中输入的负刚度机构的水平弹簧刚度比、吸振器质量比、吸振器初始的刚度比和吸振器初始阻尼比数据，基于定点理论和最大值最小原则寻求附加动力吸振器的最优刚度比和阻尼比；
23、动力响应输出与分析模块减振计算系统：包括动力学响应输出模块、力响应输出模块，用于对系统的动力学响应进行输出、后处理和分析，进一步得到时域以及频域减振性能分析结果；
24、减振器参数优化校验模块：判断浮置板加速度两个共振峰幅值是否小于预设值，若不满足要求，则以上次的结果作为本次的初始值继续进行优化。
25、根据本专利技术所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计系统，其进一步的优选技术方案是：车辆-qzs-fst系统以及车辆-qzsdva-fst系统中，车辆系统为具有10个自由度的多刚体系统，包括车体沉浮和点头、构架的沉浮和点头以及轮对的沉浮，钢轨和浮置板建模成欧拉伯努利梁，准零刚度用非线性弹簧单元模拟，动力吸振器建模成一个质点通过线性弹簧阻尼附加在浮置板中心。
26、根据本专利技术所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计系统，其进一步的优选技术方案是：车辆-qzs-fst系统以及车辆-qzsdva-fst系统中，将传统钢弹簧浮置板轨道的钢弹簧构件用准零刚度构件进行替换，并在浮置板上附加动力吸振器，从而构成附加动力吸振器的准零刚度浮置板轨道系统。
27、相比现有技术，本专利技术的技术方案具有如下优点/有益效果：
28、1、提出基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道，即使动力吸振器的质量不大，也能够实现更好的减振振性能，有效降低轨道的低频振动。
29、2、对于基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道，提出轨道设计系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，其步骤包括：
2.根据权利要求1所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，车辆-QZSDVA-FST系统的运动方程有以下表达：
3.根据权利要求1所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，浮置板的垂向位移不应超过3mm，设置负刚度机构水平弹簧无量纲预压量应确保浮置板位移满足3mm限值要求。
4.根据权利要求1所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，在步骤3)中，基于动力吸振器的质量越大，对主系统的振动吸收性能越强的特性，在条件允许情况下，动力吸振器质量数值选择大数值。
5.根据权利要求1所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，步骤5)中通过数值方法来求解吸振器的最优参数，在确定的质量比的前提下，该优化问题的数学模型为：
6.根据权利要求1所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，步骤6)中，共振峰幅值差距范围预设值为两个共振峰值平均值的5％。>
7.基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计系统，其特征在于，其包括：
8.根据权利要求8所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计系统，其特征在于，车辆-QZS-FST系统以及车辆-QZSDVA-FST系统中，车辆系统为具有10个自由度的多刚体系统，包括车体沉浮和点头、构架的沉浮和点头以及轮对的沉浮，钢轨和浮置板建模成欧拉伯努利梁，准零刚度用非线性弹簧单元模拟，动力吸振器建模成一个质点通过线性弹簧阻尼附加在浮置板中心。
9.基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道，其特征在于，车辆-QZS-FST系统以及车辆-QZSDVA-FST系统中，将传统钢弹簧浮置板轨道的钢弹簧构件用准零刚度构件进行替换，并在浮置板上附加动力吸振器，从而构成附加动力吸振器的准零刚度浮置板轨道系统。
...【技术特征摘要】
1.基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，其步骤包括：
2.根据权利要求1所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，车辆-qzsdva-fst系统的运动方程有以下表达：
3.根据权利要求1所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，浮置板的垂向位移不应超过3mm，设置负刚度机构水平弹簧无量纲预压量应确保浮置板位移满足3mm限值要求。
4.根据权利要求1所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，在步骤3)中，基于动力吸振器的质量越大，对主系统的振动吸收性能越强的特性，在条件允许情况下，动力吸振器质量数值选择大数值。
5.根据权利要求1所述的基于准零刚度动力吸振器的低频减振轨道设计方法，其特征在于，步骤5)中通过数值方法来求解吸振器的最优参数，在确定的质量比的前提下，该优化问题的数学模型为：
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱胜阳，李秋义，任玉豪，孙立，杨建近，翟婉明，张世杰，林超，罗伟，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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